弧脚梯形渠道无喉道量水槽数值模拟研究

作     者：景志芳 

作者单位：西北农林科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：马孝义

授予年度：2017年

学科分类：08[工学] 0815[工学-水利工程] 

主      题：弧脚梯形渠道 无喉道量水槽 数值模拟 水力特性 

摘      要：随着我国市场经济的不断发展及水资源的日益紧张,合理利用水资源、提高水的利用率成为当前迫切需要解决的问题。灌区节水作为提高水资源利用率、推进节水的重要手段,研究与灌区渠道相配套的量水设施具有重要意义。本文以弧脚梯形渠道无喉道量水槽为研究对象,通过Auto CAD建立三维模型图,基于Fluent6.3大型流体计算软件,采用RNG k-?湍流模型和VOF方法,对弧脚梯形渠道无喉道量水槽在不同工况下的水流运动进行综合仿真试验研究。以期建立统一的流量公式,为量水槽设计选型及优化提供依据。文章的主要研究内容及结论有:(1)根据已知的渠道相关数据,基于临界流理论和水力学相关知识,设计量水槽及试验方案,建立弧脚梯形渠道无喉道量水槽三维模型,为后期数值模拟奠定基础。通过对试验方案中所选渠道在不同底坡和收缩比条件下模拟流量和渠道流量的水量平衡误差进行比较分析,证明了所建立模型与相应参数具有较高可靠性。(2)研究不同底坡和收缩比下渠道流量—水位关系表明,渠道底坡i和底坡?对形成统一水位流量—关系曲线影响较大。同一渠道,随着喉宽和收缩比的减小,可以在较大底坡范围内形成统一稳定的水位—流量关系,最大底坡可取i=1/2800。(3)研究不同工况下的上游壅水高度、上游傅汝德数和水头损失的变化规律,可知收缩比的对于各水力特性的影响明显大于底坡变化。因此,在选择底坡和收缩比难以同时满足灌区对量水设施要求时,应优先考虑收缩比的取值,以尽可能降低水头损失和渠道壅水高度,减小水量平衡误差。(4)在大量数值试验基础上,探究了不同渠道流量系数C与流量指数n、自由流槽长系数k的关系并建立不同渠道的流量公式。利用Matlab软件对已建立的不同渠道的流量公式进行回归分析,建立了适用于弧脚梯形渠道无喉道量水槽在不同底弧半径时的统一流量公式,相关性良好,该式能在3.44493.1918 m3?s-1较大范围内测流,整体来看,测流精度较高,水量平衡误差不超过5%,为灌区渠系编制用水计划和调整供配水方案提供了依据。