梯形渠道断面流速分布规律及测流技术试验研究

论文摘要

自然界和工程中的绝大多数水流都为紊流,为了更好地认识明渠水流这一看似简单实则相当复杂的流动现象,许多学者开展了对水流运动规律及其水力特性的探索和研究。但由于紊流本身结构的复杂性和过水断面、粗糙形式的多变性,即使简单的明渠流动,对其流动的描述目前还不尽完善。在许多重要问题上尚未得出公认的结论。面对我国水资源日益紧缺的现实,节约用水、高效用水成为缓解我国水资源供需矛盾的根本途径。而引水明渠流量的精确度量是一个急需解决的实际工程技术问题。梯形渠道在灌区应用广泛,但梯形渠道流量测量仍处于发展阶段,断面测流技术仍存在许多基础研究问题有待解决。有些灌区对梯形渠道测流时沿用矩形渠道的测流方法,导致测流精度低,对灌区用水调度管理影响大,也无法给出测流断面上正确的水位-流量关系。从理论或工程角度考虑,都需要更为符合实际、准确的渠道流量计算方法。准确掌握明渠流速分布规律后,就可以根据流速分布规律特点,探索流量计算公式。本文在分析国内外学者对矩形渠道流速分布规律的研究基础上,对梯形渠道进行试验研究。将实测流速资料分别从过水断面竖向和横向两个方向进行分析,利用尾流函数和指数分布公式拟合。在竖向方向,取卡门常数k=0.41,取不同尾流强度系数∏=0、∏=0.2、∏=0.4、∏=0.6、∏=0.8、∏=1.0、∏=1.5时,实测流速拟合曲线交于一点,根据交点处的水深,确定出在梯形渠道0.2H（H表示渠道水深）处,可将过水断面分区讨论,在0≤y<0.2H（y表示测点水深）的范围为内区,流速分布可用线性公式表示;在0.2H<y≤H的范围内为外区,流速可用尾流函数修正后的对数公式表示;经过分析计算出的交点流速值和过水断面内的平均流速值,发现距渠底0.2H处的流速值与渠道平均流速近似相等。在横向方向,得出流速符合指数分布,将实测流速进行拟合曲线,并确定了公式中的相应系数。分析现阶段流量测量的主要方法,结合流速—面积法的优点及梯形渠道几何特性,利用推导出的流速公式,探索出了梯形渠道的流量计算公式。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究的目的和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 研究内容和试验方法
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 试验方法
• 1.4 流速量测仪器介绍
• 1.4.1 流速量测仪器发展简介
• 1.4.2 微型旋桨（光电式）流速仪的使用及测流原理
• 1.4.3 关于流速测量标准的建立
• 第二章 梯形渠道过水断面竖向流速分布规律研究
• 2.1 试验仪器设备与方法
• 2.1.1 试验水槽及量测仪器
• 2.1.2 梯形渠道过水断面水力要素计算公式
• 2.1.3 试验水力参数
• 2.2 摩阻流速确定方法
• 2.3 过水断面内最大流速位置研究
• 2.4 过水断面流速等值线图分析
• 2.5 竖向流速分布规律的试验结果分析
• 2.5.1 竖向流速的二次曲线形式与对数形式拟合对比
• 2.5.2 竖向流速的尾流函数分析
• 2.5.3 不同尾流强度下拟合曲线交点的分析
• 2.5.4 实测交点流速与过水断面平均流速之间的关系
• 2.5.5 计算交点流速与过水断面平均流速之间的关系
• 2.5.6 系数A、B 的确定
• 2.6 实例验证
• 2.7 梯形渠道过水断面的分区
• 第三章 梯形渠道过水断面横向流速分布规律研究
• 3.1 横向流速分布试验结果分析
• 3.2 流速方程验证
• 3.3 梯形渠道全断面内流速计算公式推导
• 第四章 梯形渠道流量计算
• 4.1 现阶段流量测量的主要手段和方法
• 4.2 速度—面积法介绍
• 4.3 梯形渠道流量计算公式推导（一）
• 4.4 实例验证
• 4.5 梯形渠道流量计算公式推导（二）
• 4.6 计算实例
• 4.7 流量计算公式对比
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介