论文题目: 灌区新型量水槽结构形式优化及测流计算方法研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 水工结构工程
作者: 蔡勇
导师: 李同春
关键词: 柱形量水槽,试验研究,三维水流模拟,结构形式优化,测流计算方法
文献来源: 河海大学
发表年度: 2005
论文摘要: 柱形量水槽是直接在原有棱柱体渠道轴线上设置一个可移动的柱或筒,促使水流在该处形成临界水流状态来测流的小型量水设备,无需改变原有渠道断面结构,适合在对称的矩形、梯形、U形等断面渠道上安装使用。柱形量水槽可以方便地将水位传感装置安装在柱体内,形成量测十分方便的移动式或固定式量水设施。 本文首先对柱形量水槽的一般测流理论进行研究,得出适用于梯形和U形渠道上不同形状柱形量水槽流量计算的一般公式。然后,在底宽为20cm、渠深为35cm、边坡系数为1.0的梯形断面渠道和渠深为40cm、底部圆弧半径为15cm、边墙外倾角α=8°的U形渠道上,对圆柱形、桥墩形、椭圆柱形和菱柱形等多种柱形量水槽进行一系列的试验研究,探讨各种形式柱形量水槽的流量系数、淹没系数、壅水高度、水头损失、临界淹没度等变化规律,在此基础上,对柱形量水槽的结构形式作进一步优化分析。用标准κ-ε双方程紊流模型,数值模拟圆柱形和桥墩形量水槽三维水流运动,在更大的范围内研究圆柱形和桥墩形量水槽流量系数的变化规律。最后,根据水槽试验和数值模拟研究成果,建立一套适用范围较广的、能满足自由出流和淹没出流需要的圆柱形和桥墩形量水槽的测流计算方法,并对方法的精度进行分析,为圆柱形和桥墩形量水槽的广泛应用提供理论基础。
论文目录:
前言
摘要
ABSTRACT
目录
符号表
第一章 绪论
1.1 现有主要量水建筑物的研究应用现状
1.2 几种常用量水槽的特点和存在的问题
1.3 本文研究的意义
1.4 本文主要研究内容
第二章 柱形量水槽的一般测流理论
2.1 量水原理
2.2 自由出流流量与上游水头的关系
2.3 淹没出流流量与上游水头的关系
2.4 流量系数
2.5 水头损失
2.6 小结
第三章 柱形量水槽的试验研究
3.1 试验目的
3.2 试验装置
3.3 试验方案
3.4 小结
第四章 梯形渠道柱形量水槽的试验结果与分析
4.1 圆柱形量水槽的试验结果与分析
4.1.1 行近断面总水头H_1与驻点水头H_s的关系
4.1.2 驻点水头H_s与自由出流流量Q的关系
4.1.3 流量系数C_d
4.1.4 淹没系数σ_s
4.1.5 壅水高度h_(bw)
4.1.6 水头损失h_w
4.1.7 临界淹没度S_(cr)
4.2 椭圆柱形量水槽的试验结果与分析
4.3 菱柱形量水槽的试验结果与分析
4.4 桥墩形量水槽的试验结果与分析
4.4.1 行近断面总水头H_1与驻点水头H_s的关系
4.4.2 驻点水头H_s与自由出流流量Q的关系
4.4.3 流量系数C_d
4.4.4 淹没系数σ_s
4.4.5 壅水高度h_(bw)
4.4.6 水头损失h_w
4.4.7 临界淹没度S_(cr)
4.5 小结
第五章 U形渠道柱形量水槽的试验结果与分析
5.1 圆柱形量水槽的试验结果与分析
5.1.1 行近断面总水头H_1与驻点水头H_s的关系
5.1.2 驻点水头H_s与自由出流流量Q的关系
5.1.3 流量系数C_d
5.1.4 淹没系数σ_s
5.1.5 壅水高度h_(bw)
5.1.6 水头损失h_w
5.1.7 临界淹没度S_(cr)
5.2 椭圆柱形量水槽的试验结果与分析
5.3 桥墩形量水槽的试验结果与分析
5.3.1 行近断面总水头H_1与驻点水头H_s的关系
5.3.2 驻点水头H_s与自由出流流量Q的关系
5.3.3 流量系数C_d
5.3.4 淹没系数σ_s
5.3.5 壅水高度h_(bw)
5.3.6 水头损失h_w
5.3.7 临界淹没度S_(cr)
5.4 小结
第六章 柱形量水槽的结构优化分析
6.1 不同柱形量水槽壅水高度、水头损失和临界淹没度的比较分析
6.2 不同柱形量水槽流量系数和淹没系数的比较分析
6.3 性能较优的圆柱形量水槽和桥墩形量水槽的结构形式
6.4 小结
第七章 柱形量水槽水流三维数值模拟
7.1 量水槽三维水流计算的数学模型
7.1.1 控制方程
7.1.2 边界和初始条件
7.1.3 控制方程的离散化
7.1.4 离散方程的计算方法
7.2 数学模型验证计算
7.3 柱形量水槽的数值试验研究
7.4 小结
第八章 柱形量水槽测流计算方法
8.1 柱形量水槽流量计算一般公式
8.2 梯形渠道上圆柱形量水槽的流量计算
8.3 梯形渠道上桥墩形量水槽的流量计算
8.4 U形渠道上圆柱形量水槽的流量计算
8.5 U形渠道上桥墩形量水槽的流量计算
8.6 柱形量水槽的测流精度分析
8.7 小结
第九章 结论和建议
参考文献
附件
致谢
发布时间: 2006-01-16
参考文献
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