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弧底梯形渠道无喉道量水槽水力特性的数值模拟

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西北农林科技大学学报（自然科学版） 2016年第4期44卷 218-224页

作者：钟新铭马孝义王文娥许坤鹏樊琨西北农林科技大学水利与建筑工程学院陕西杨凌712100

【目的】研究弧底梯形渠道无喉道量水渠槽的水力特性,为灌区水资源的科学管理和可持续利用提供参考依据。【方法】利用Fluent6.3大型计算流体力学软件,基于VOF方法跟踪自由液面,采用RNGk-ε湍流数学模型和PISO算法,对不同收缩比条件下... 详细信息

【目的】研究弧底梯形渠道无喉道量水渠槽的水力特性,为灌区水资源的科学管理和可持续利用提供参考依据。【方法】利用Fluent6.3大型计算流体力学软件,基于VOF方法跟踪自由液面,采用RNGk-ε湍流数学模型和PISO算法,对不同收缩比条件下的弧底梯形渠道无喉道量水槽进行三维数值模拟,分析了弧底梯形渠道无喉道量水槽内部流场以及水位流量关系,将模拟结果和实测资料对比验证,同时进一步分析了弗劳德数、临界淹没度等量水槽各项水力性能。【结果】与传统无喉道量水槽相比,弧底梯形渠道无喉道量水槽具有显著优点:(1)量水槽结构简单,过流顺畅且呈良好的流线型;(2)临界淹没度(S)可达0.89,水头损失小,弗劳德数(Fr)弧底梯形渠道无喉道量水槽结构可为灌区弧底梯形渠道量水提供新的思路和参考依据。

关键词：弧底梯形渠道无喉道量水槽水力特性数值模拟

水-热-力耦合作用下寒区弧底梯形渠道结构优化设计

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中南大学学报（自然科学版） 2023年第5期54卷 1916-1929页

作者：王正中孙涛郑艾磊刘铨鸿康凯陆立国西北农林科技大学旱区寒区水工程安全研究中心陕西杨凌712100 西北农林科技大学旱区农业水土工程教育部重点实验室陕西杨凌712100 中国科学院西北生态环境资源研究院冻土工程国家重点实验室甘肃兰州730000 宁夏回族自治区水利科学研究院宁夏银川750021

为合理优化设计寒区弧底梯形渠道的形体结构,基于冻土水热力三场耦合及冻土-衬砌相互作用的渠道冻胀数值模型,结合分层序列法将渠道断面水力参数最优解集作为变量空间,以衬砌结构的强度、刚度及几何构造为约束条件,以衬砌适应冻胀变形... 详细信息

为合理优化设计寒区弧底梯形渠道的形体结构,基于冻土水热力三场耦合及冻土-衬砌相互作用的渠道冻胀数值模型,结合分层序列法将渠道断面水力参数最优解集作为变量空间,以衬砌结构的强度、刚度及几何构造为约束条件,以衬砌适应冻胀变形能力为目标函数,建立寒区弧底梯形渠道水力-抗冻胀双优数学模型。随后对寒区各类典型渠道工程进行双优结构标准化设计,得到弧底梯形渠道在不同负温、地下水埋深、土质、断面规模下的双优边坡系数、实佳比及衬砌厚度的标准参数,供工程设计参考。研究结果表明:双优结构尺寸参数均随地下水埋深的增大而减小、随基土冻胀率的增大而增大、随冬季负温的降低而增大、随断面规模的增大而增大。以新疆某渠道工程为例,优化后的断面实佳比为1.02,较原设计值增大1.8%;最大法向冻胀量为2.52 cm,较原设计值增大20.0%;最大拉应力为0.95 MPa,较原设计值减小60.4%;衬砌整体柔度为305.47 cm/MPa,较原设计值增大42.3%,水力性能及抗冻胀性能均达到最优。

关键词：冻土水-热-力耦合冻土-衬砌相互作用弧底梯形渠道水力-抗冻胀双优

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高地下水位弧底梯形渠道混凝土衬砌冻胀破坏力学模型探讨

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西北农林科技大学学报（自然科学版） 2012年第12期40卷 201-206,213页

作者：孙杲辰王正中娄宗科杨晓松肖旻安元西北农林科技大学水利与建筑工程学院陕西杨凌712100 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所冻土国家重点实验室甘肃兰州730000

【目的】探讨高地下水位弧底梯形渠道混凝土衬砌结构冻胀破坏的力学模型,为实际工程中衬砌体的设计与建设提供参考。【方法】根据冻土力学、材料力学及高等数学知识,提出渠道坡板的计算简图是在法向冻结力、切向冻结力和法向冻胀力共同... 详细信息

【目的】探讨高地下水位弧底梯形渠道混凝土衬砌结构冻胀破坏的力学模型,为实际工程中衬砌体的设计与建设提供参考。【方法】根据冻土力学、材料力学及高等数学知识,提出渠道坡板的计算简图是在法向冻结力、切向冻结力和法向冻胀力共同作用下的简支梁,渠底板是与两衬砌相互作用的压弯构件,进而依据合理的简化和假设,提出并建立高地下水位弧底梯形渠道混凝土冻胀破坏的力学模型,并进行了实例应用研究。【结果】通过建立的高地下水位弧底梯形渠道混凝土冻胀破坏力学模型,不仅能计算出弧底梯形渠道坡板、底板的控制内力及最大弯矩作用点,而且可以计算出渠道衬砌渠坡板所受的法向冻结力,并可估计混凝土板可能发生胀裂的位置。【结论】弧底梯形渠道混凝土衬砌结构法向冻胀力小,法向冻结力作用点在距渠顶1/5处,整体变形及抗冻胀能力强,并优于梯形渠道,为以后的渠道防冻胀设计提供了科学依据。

关键词：弧底梯形渠道混凝土衬砌冻胀破坏力学模型

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关于弧底梯形渠道横断面设计方法的探讨

中国农村水利水电 2003年第12期 69-70页

作者：王俊武王文广山西省运城市水利勘测设计研究院山西运城044000

从多泥沙河流取水的灌区渠道大都存在泥沙淤积的现象 ,笔者通过理论分析找到了弧底梯形渠道横断面设计的新思路———即通过数学公式解弧底梯形的水力最佳断面的水深来确定弧底梯形断面。

关键词：泥沙淤积弧底梯形渠道横断面设计水力最佳断面最小流量

宽浅式梯形渠道与弧底梯形渠道流速流量测算研究

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宽浅式梯形渠道与弧底梯形渠道流速流量测算研究

作者：龙昱帆长春工程学院

学位级别：硕士

灌区量水是实现灌区节水工程建设和现代化改造的重要内容,同时也是一项迫切需要解决的灌区管理技术问题,2019年4月国家发展改革委及水利部联合印发《国家节水行动方案》,明确要求2022年大中型灌区渠首和干支渠口门实现取水计量。然而,... 详细信息

灌区量水是实现灌区节水工程建设和现代化改造的重要内容,同时也是一项迫切需要解决的灌区管理技术问题,2019年4月国家发展改革委及水利部联合印发《国家节水行动方案》,明确要求2022年大中型灌区渠首和干支渠口门实现取水计量。然而,目前灌区斗口以上流量测量采用“6点法”进行测量,这种方法耗时较长,不能取得瞬时流量,且不能进行全时段测量,消耗大量人力物力。本文期望通过分析渠道流速分布规律,寻求过水断面平均流速点,建立其与渠道中垂线表面流速的关系,从而实现全时段监测水量,服务于《国家节水行动计划》,促进灌区现代化建设。本文通过分析国内外学者对渠道流速分布规律的研究现状可知,多数研究针对U形渠道、矩形渠道、常规梯形渠道,未见宽浅式梯形渠道和弧底式梯形渠道相关研究。本文分别选择了具有代表性的两条宽浅式梯形渠道(内蒙古河套灌区塔布干渠、吉林省前郭灌区一二总干连接渠)具有代表性的三条弧底式梯形渠道(内蒙古河套灌区塔布灌域葛蛇渠、人民渠、虎什渠)开展相关试验研究。分析试验采集的宽浅式梯形渠道试验数据,发现相对流速与相对水深的关系可以表征垂向流速分布规律,利用二次函数进行方程拟合,R2均大于0.9261。垂线相对流速与横向相对位置的关系可以表征横向流速分布规律,利用指数函数进行方程拟合,R2均大于0.9570。通过得出的宽浅式梯形渠道垂向及横向流速分布方程,得出了宽浅式梯形渠道的中垂线表面流速与断面平均流速关系,提出一种用于提高灌区测流效率的中垂线表面流速测流方法,比较实测流量与计算流量,误差为1.93%。通过分析试验采集的弧底式梯形渠道试验数据,利用对数函数进行拟合,建立了相对流速与相对水深的关系方程,但由于侧壁及空气的影响产生二次流,最大流速点出现于水面以下,使得垂线上一定存在着流速值相同的两点,导致垂向流速分布按照对数函数拟合有一定偏差,因此运用Coles的尾流函数进行修正。修正后的对数-尾流函数可以表示垂向流速分布规律,R2均大于0.9143。利用指数函数进行拟合,建立了垂线相对流速与横向相对位置的关系方程,可以表示横向流速分布规律,R2均大于0.9225。同时发现不同尾流函数强度系数的曲线均相交于h/H=0.1附近,点流速与断面平均流速相关性较高,利用此规律提出一种弧底式梯形渠道单点流速测流方法,比较实测流量与计算流量误差为2.77%,小于5%。

关键词：宽浅式梯形渠道弧底梯形渠道流速分布流量测算平均流速点中垂线表面流速点