U形渠道圓柱體（筒）量水槽試驗研究.pdf

1、本論文在Hager和ZohrabSamani等研究成果的基礎(chǔ)上，提出了一種適用于圓弧底上切一直線段的U形渠道的圓柱體(筒)量水槽。該量水槽的測流原理是利用垂直安裝在U形渠道軸線上的圓柱(筒)縮窄渠道過流斷面產(chǎn)生足夠的水面降落，使其測流斷面產(chǎn)生臨界水流狀態(tài)，形成穩(wěn)定的水位～流量關(guān)系，通過測量駐點水位計算渠道流量。試驗研究中，采用理論分析和模型試驗相結(jié)合的方法，推導(dǎo)出了U形渠道圓柱體(筒)量水槽的臨界水深和理論流量計算公式，確定了量水槽的流

2、量校正系數(shù)和自由出流條件下的流量計算經(jīng)驗公式，并進行了量水槽的性能分析。 U形渠道圓柱體(筒)量水槽量測流量時，由于臨界流斷面的流速分布不均勻和流線彎曲的影響，計算的流量應(yīng)乘以一個校正系數(shù)。對于圓弧底上切一直線段的U形渠道，當(dāng)θ和r確定后，弦長L與渠道斷面存在唯一對應(yīng)關(guān)系，因此，其校正系數(shù)可以作為相對能量H/L的函數(shù)求得，其中H為上游能量，L為U形渠道的弦長。通過不同柱體直徑和不同流量試驗資料分析表明，相對能量(H/L)和相對流

3、量(Qm/Qc)具有非常好的相關(guān)關(guān)系，其中Qm為實測流量，Qc為計算的理論流量。并利用試驗數(shù)據(jù)建立了相對能量(H/L)和相對流量(Qm/Qc)的無因次關(guān)系式。 采用9種不同圓柱體(筒)直徑進行了試驗研究，分析了U形渠道圓柱體(筒)量水槽的水位流量關(guān)系、圓柱體的直徑(收縮比ε)選擇范圍、測流誤差和臨界淹沒界限。根據(jù)試驗數(shù)據(jù)分析，臨界水深、上游水深和駐點水深相互之間均呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系，駐點水深與實測流量和計算流量也呈現(xiàn)良好的線性關(guān)

4、系。圓柱體直徑是影響U形渠道圓柱體(筒)量水槽測流誤差的一個重要參數(shù)，如果選擇的柱體直徑過大或過小，都會引起測流誤差。但是，只要限定柱體直徑在某一范圍內(nèi)，即量水槽收縮比ε在某一范圍內(nèi)，那么，由柱體直徑的改變導(dǎo)致上游水位的變化所引起的測流誤差將小于某一數(shù)值。通過試驗數(shù)據(jù)分析得出，收縮比ε在0.57～0.69范圍內(nèi)時，測流誤差較小，并且壅水高度較小(△h≤0.1m)。因此，U形渠道圓柱體(筒)量水槽的柱體直徑可在收縮比ε為0.57～0.69

5、區(qū)間內(nèi)進行選擇。同時得出，量水槽的最大誤差為3.78﹪，臨界淹沒度S為0.73～0.84。 本論文的創(chuàng)新點為：①首次針對圓弧底上切一直線段的U形渠道進行了圓柱體(筒)量水槽試驗研究，推導(dǎo)出了其理論流量計算公式，并得出了自由出流條件下的流量計算經(jīng)驗公式；②提出了U形渠道圓柱體(筒)量水槽計算流量應(yīng)乘以一個校正系數(shù)，其校正系數(shù)可以作為相對能量H/L的函數(shù)求得，并利用試驗數(shù)據(jù)建立了相對能量(H/L)和相對流量(Qm/Qc)的無因次關(guān)系

6、式；③分析了駐點水深、臨界水深和上游水深的關(guān)系，三者之間存在很好的線性關(guān)系，駐點水深與實測流量和計算流量也呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系。因此，認(rèn)為用駐點水深來計算理論流量是正確可靠的；④分析了U形渠道圓柱體(筒)量水槽圓柱體的直徑(收縮比ε)選擇范圍、測流誤差和臨界淹沒界限。 U形渠道圓柱體(筒)量水槽具有結(jié)構(gòu)簡單，施工制作容易，成本低；對于小型U形渠道，可以移動使用，不產(chǎn)生淤積，管理使用方便；測量精度較高，根據(jù)試驗結(jié)果，最大誤差為3.7