明流隧洞水力计算若干问题的探讨

阐述明流隧、涵洞临界底坡的影响因素和计算方法;介绍计算明流隧、涵洞过水能力及进行断面设计的简便方法。     

明渠均匀流水深h0和临界水深hk的迭代计算法

针对明流水力计算中人工渠道均匀流水深h0和临界水深hk用试算法和图解法计算烦琐、查算精度较低等问题,提出了迭代计算方法,并逐一加进了相应的算例。用迭代计算法简单、方便、快捷且易掌握,加上计算精度容易满足工程需要．不失为水利工作者一种实用的计算方法。     

明渠均匀流水深h_0和临界水深h_k的迭代计算法

针对明流水力计算中人工渠道均匀流水深h0和临界水深hk用试算法和图解法计算烦琐、查算精度较低等问题,提出了迭代计算方法,并逐一加进了相应的算例。用迭代计算法简单、方便、快捷且易掌握,加上计算精度容易满足工程需要,不失为水利工作者一种实用的计算方法。     

一种弧底梯形明渠临界水深的快速解法

MATLAB语言以其特有的优越性广泛应用于科学和工程计算,本文采用MATLAB语言编程计算弧底梯形明渠临界水深,其过程简便,结果精确,便于在水利工程中进行推广应用。     

底坡变化对坡面流水动力学特性影响研究

坡度是影响坡面流水动力学特性的重要因素之一,采用变坡试验水槽在变化水深条件下模拟坡面流,用于研究7种不同坡度对水动力学特性的影响。结果表明:水力坡度、弗劳德数、雷诺数随坡度增大而增大,阻力系数随坡度增大先增大后减小;在相同坡度条件下,弗劳德数随水深增大先减小后趋于稳定,雷诺数随水深增大而增大;当0≤J≤1.5%时,水力坡度随水深增大先减小后趋于稳定;当2%≤J≤3%时,水力坡度随水深增大先基本不变后减小。     

临界底坡变化规律及相应均匀流流态判别

临界底坡在均匀流中可以用作判别水流流态,临界底坡随流量的变化规律随着断面形式的变化而有所不同。针对3种不同的断面形式,从理论上推导出它们的最小临界底坡公式。分析结果显示:矩形、圆形和U形3种不同的过水断面均存在最小临界底坡,iKmin分别为26.13n2     

考虑底坡的异重流倒灌流量计算公式

水库异重流倒灌是造成支流淤积的重要原因,影响支流库容可持续利用。已有的异重流倒灌流量公式在推导过程中均假设支流底坡为0,所计算的倒灌流量往往大于实测值。本文通过在倒灌异重流的动量方程中加入底坡上的压力,推导了考虑底坡的异重流倒灌流量公式。公式结构形式表明在相同的口门浑水厚度与含沙量条件下,倒灌流量随底坡增加而减小。使用小浪底水库4条支流的异重流测验数据对公式进行了验证。验证结果表明相对于不考虑底坡的倒灌流量公式,本文提出的公式计算精度更高。     

再论圆管明渠均匀流正常水深的直接计算公式

在总结前人圆管明渠均匀流正常水深计算公式的基础上,引入无量纲参数α和无量纲正常水深β,对圆管明渠均匀流基本方程进行数学变换,应用曲线拟合和优化原理,提出新的圆管明渠均匀流正常水深的直接计算公式;根据给水排水工程和水利工程设计规范的要求,并考虑工程实际情况,确定计算公式的工程适用范围。误差分析和计算实例表明:该公式形式简捷,精度较高,在工程适用范围内最大相对误差小于0.72%,可以方便工程设计人员在设计中直接使用。     

矩形明渠均匀流水深和底宽的算子分裂算法式

   应用算子分裂思想将矩形明渠均匀流方程分裂为两个简单算式，通过耦合方法建立了整个定义域内的统一近似算式，该算式结构简明，计算方便，精度可达10-5。     

弧底梯形明渠临界水深的简化计算法

弧底梯形断面明渠临界水深计算需完成高次方程求解,无法直接获得。针对目前传统算法及近似算法存在的计算繁琐、成果精度不高,利用微机编程获解又不便于基层工程技术人员应用等问题,通过对弧底梯形断面明渠临界水深计算公式的数学变换,采用优化拟合的方法,以标准剩余差最小为目标函数,在工程实用范围内,经逐次逼近拟合获得了计算简捷、成果精度满足工程设计要求的简化计算公式,具有一定的实际推广意义。     

考虑底坡影响的U形渠道量水槽流量公式研究

渠道底坡是影响输水能力的重要因素,但量水槽流量公式往往忽略渠道底坡。为了探究渠道底坡对流量公式的影响,以三角形量水槽为研究对象,在6种底坡的U形渠道上开展田间试验。应用能量方程式推求了流量的理论公式,基于量纲分析法分别建立不包含和包含渠道底坡的流量公式,探讨渠道底坡影响流量公式的范围。流量的理论公式表明渠道底坡是影响量水槽流量公式的因素之一。与不包含渠道底坡的流量公式相比,包含渠道底坡的流量公式测流精度显著提高,平均相对误差从2.92%降低至1.65%,最大相对误差从12.22%减小至7.37%,相对误差绝对值小于5%的比例从80.94%提升至95.89%。渠道底坡影响三角形量水槽流量公式的范围界定为1/100～1/1200,当渠道底坡小于1/1200时可以忽略。量水槽流量公式应考虑渠道底坡的影响。     

明渠恒定急变流水深沿程变化的计算

给出了明渠恒定急变流中的能量方程,该方程能够行之有效地解决急变流中的一些水力学问题。引入了“弯道附加压力”的概念,并给出了明确的计算公式。能迅速计算出急变流的水深、流速等水力要素的沿程变化。应用VB编程求解该公式,水面线的计算结果与模型试验实测结果吻合良好。     

用迭代法计算明渠均匀流水深和临界水深

针对明流水力计算中人工渠道均匀流水深h0和临界水深hk用试算法和查图法计算繁琐,查算精度较低等问题,本文提出了迭代计算方法,并完整地介绍了几种常用规则过水断面明流的均匀流水深和临界水深的迭代计算关系式和算例。     

梯形明渠正常水深计算的迭代法

通过对明渠均匀流的基本公式进行恒等变形，推导出梯形明渠均匀流的无量纲公式及正常水深的迭代公式，证明了迭代过程的收敛性，并利用回归分析拟合迭代函数的近似表达式，求出迭代初值，经二次迭代计算，最大相对误差的绝对值均不超过０．１３１％。     

明渠弯道水流运动规律研究现状

自然界中河流经常是弯曲的,使得弯道环流研究成为水力学及河流动力学最重要的课题之一。明渠弯道水流运动规律的研究主要包括弯道水面横比降、横向环流垂线分布和环流流速沿程分布等方面。本文对这三方面的研究成果进行了归纳与分析,并对弯道水流运动规律的研究现状进行了评述。通过罗索夫斯基的实验资料对弯道环流流速分布公式和环流流速沿程分布公式进行了检验比较,向工程界推荐出相应的计算公式。     

再论梯形明渠临界水深计算方法

梯形明渠临界水深的近似计算方法已有很多种,利用牛顿法直接求解临界水深的精确解,此方法过程简单,计算精度高, 收敛速度快。     

基于牛顿法的梯形明渠临界水深直接算法

依据牛顿算法及渐近解分析，本文提出了一种梯形明渠临界流方程的直接算法。由该方法所构造的临界水深近似公式结构简明，精度较高，计算经济，便于工程实际应用，在区间(0，∞)上的最大相对误差绝对值达10^-10。     

梯形明渠临界水深计算公式的改进

以简单的迭代法为基础，通过对临界水深方程进行数学变换，提出了计算梯形明渠临界水深的新方法．该方法不依赖图表，简单易行，精度很高，可供工程实际参考应用．     

明渠岸边侧向45o取水口的水力特性试验研究

利用单点三维流速测量仪(ADV)对顺直明渠岸边侧向45°取水口的近区水域进行了三维流速测量。以分流流速比η为主要参数,分析了取水口近区水域的水力特性,包括取水分流宽度、分槽回流特性及口门断面紊动特性等。将本文的部分试验结果与90°取水口的结果进行了对比,结果表明45°取水口附近的水流更加平顺,口门断面处的流速分布更加均匀,分槽内净进流宽度更大。