37692字硕士毕业论文半圆柱形量水槽的试验研究与设计
论文类型：硕士毕业论文
论文字数：37692字
论点：水槽,半圆,流量
论文概述：
本文是工程论文，鉴于本文所述存在的问题，研制出结构简单、价格适中、量水精度高、水头损失小、操作简便的量水槽成为必要，半圆柱形量水槽能同时满足上述要求。
论文正文：
第一章是绪论。随着全球水资源供需日益紧张，水资源的有效利用已成为世界各国亟待解决的问题。 目前，中国缺水严重，属于严重干旱缺水的国家。 由于时间分布不均匀空，水土资源不匹配，利用率低，废水和水污染，中国目前水资源短缺。 我国正常年份缺水量逐年增加，现已增加到500多亿立方米，其中农业占300亿立方米。水危机严重阻碍了我国城镇的现代化进程。 水资源短缺导致生态环境恶化，加剧了工业用水、农业用水和生态用水的矛盾。 中国的农业需求非常大。 根据2014年国家水资源公告，中国全年用水量为6095亿立方米，农业用水量为3870亿立方米。农业用水占全国总量的63.5%，其中90%用于农田灌溉。 “十二五”以来，中国城市化和工业化发展迅速。然而，与农业供水的矛盾日益突出，农业供水压力越来越大。 我国农业灌溉效率低，因此大部分水没有得到充分利用，造成浪费。同时，对水资源的保护还不够。到2015年底，中国农田灌溉水利用系数仅为0.53，仅为发达国家的66.3%，而中国的单水粮食生产率约为1kg，不到发达国家的50%。 2011年国家文件建议灌溉水的有效利用率在20年内提高2个百分点。 当前，农业水资源短缺、水土资源错配、水资源浪费、水源污染严重的严峻形势，要求我国迫切发展节水农业，这也是当前国内经济社会可持续发展的关键。 因此，推广新型农业节水灌溉技术，提高灌溉管理水平，是实现我国水和粮食安全，促进农业、农村和农民绿色发展的关键措施 与此同时，其战略地位和作用显著。 1.1灌区水测量的特点虽然灌区水测量的实测流量不同于河流中的大流量测量，但实测流量较小，需要比河流更严格的测量，如时间、时间和精度 因此，水计量设施的选择应具备以下特点:(1)测量精度较高 (2)经济耐用，观察方便 (3)成本低，施工简单 应尽可能合理地使用局部水工建筑物，以避免复杂的类型和高成本。 (4)观察应简单易行，便于群众掌握 (5)水头损失小，观测范围大 (6)抗干扰能力强 虽然灌区的实测流量不同于河流的大流量测量，但其实测流量较小，但需要比河流更严格的流量测量，如时间、时间和精度 因此，水计量设施的选择应具备以下特点:(1)测量精度较高 (2)经济耐用，观察方便 (3)成本低，施工简单 应尽可能合理地使用局部水工建筑物，以避免复杂的类型和高成本。 (4)观察应简单易行，便于群众掌握 (5)水头损失小，观测范围大 (6)抗干扰能力强 ……1.2灌区常用的水量测量方法灌区水量测量的主要任务是测量水位或流量 流量的测量主要是明渠流量的测量。 明渠流量的断面和流速随流量的变化而变化，因此比其他流量测量方法更加复杂。 本文介绍了目前灌区几种主要的流量测量方法。 主要测量横截面中每个点的流速和横截面积，然后根据连续方程？进行积分求解以计算流量。 它主要用于特定时间点的临时流量测量。 首先测量明渠的水深，然后计算水面坡度和平均截面积，利用明渠均匀流公式计算水力半径，最后将水力半径代入阻力公式计算流量，如曼宁公式。 稀释法分为两种方法:一种是等速注射法 将一定浓度的示踪剂以均匀的注入量连续注入试验管段的上游段，通过测量下游取样段的示踪剂浓度计算流速；一种是一次性注射法 将具有一定浓度和体积的示踪剂一次性倒入试验渠段的上游段，并通过连续测量下游取样段的示踪剂浓度来计算流速。 它主要用于测量大型河流。 第二章……2.1试验目的和内容目前灌区使用的测量液存在流量公式计算复杂、结构复杂、水头损失大、操作复杂等问题。 因此，有必要研究结构简单、价格适中、精度合理、水头损失小、操作简单的量水槽，以利于节水农业的发展，提高灌溉用水效率。 本试验采用模型试验研究方法。分别从D40和D60 U形通道中选择四种不同的收缩率进行试验。目的是研究U型槽测量池的流量测量规律是否符合预期，提出一个简单实用、便于群众掌握的流量计算公式，验证流量公式在测量水中的准确性，研究测量池的临界淹没度、回水高度、水头损失等水力性能指标。 验证其是否能满足明渠流量测量的规范要求，或者在满足规范要求的情况下指标是否较好，为半圆柱形量水槽在农田中的推广应用奠定基础。 ......2.2测试系统概述本测试地点选在西北农林大学北校区排灌测试站 在“U”形通道内壁两侧建有半圆柱形量水槽，喉部中心线与通道中心轴线一致。 U形通道的基本参数见表2-1。精度为0.1毫米的SCM60探头用于三角堰上游的水深测量仪。 测量前应校准零点，以及测量针是否垂直于水平线 在测试过程中，当测量读数时，视线和刻度应保持在同一水平。同时，测量针的针尖在读数前应该刚好接触到水面。 多次测量以确保测量精度 在江培等人对D40 U形通道的实验研究基础上，本试验计划在D60和D40通道规格下分别选择4种不同收缩率的测量通道。测量流体的结构见图2-3，基本参数见表2-2。半圆柱形测量槽由建造在U形通道两侧的半圆柱组成，它们的中心线与通道的中心线重合。 当水流过量水槽时，由于半圆柱形量水槽的窄波束作用于水槽，形成横向收缩，势能减小，动能增加，即流速增加，从而形成慢流、快流、慢流的流态过渡，在水槽前上游水位与水槽内水流之间形成稳定的水位流量关系，在喉部开口处形成临界流 ……第三章U形渠道半圆柱形量水槽流量测量的理论分析...183.1半圆柱形量水槽的流量测量原理...183.2形渠道过水断面水力计算...183.3半圆柱形量水槽临界水深的计算...203.4半圆柱形量水槽基本流量公式的推导....2 13.5维度分析和建立...233.6本章总结...第四章量水槽的试验研究和性能分析...254.1水位-流量关系...254.2流量公式的建立...284.3流量测量精度分析...294.4量水槽上游的弗劳德数...33 4.5临界淹没......344.6回水高度......354.7水头损失......364.8本章总结......39第五章半圆柱形量水槽标准化设计与制造工艺研究......405.1量水槽收缩率的选择......405.2量水槽半圆柱半径的确定。.........405.3半圆柱形量水槽曲面面积的计算........415.4制造材料的选择........425.5量水槽模具设计........435.6测量水槽的安装........43第四章量水槽的实验研究与性能分析在圆柱形量水槽的情况下，由于河道水流截面向水流方向变窄而形成横向收缩，在喉部附近形成临界水深，从而使上游水位与流量之间的线性关系明显，线性相关系数的平方值接近1，因此可以通过测量河道上游水深来计算通过量水槽的流量 对D60和D40规格的U形渠道半圆柱形量水槽的性能进行了试验。采用四种收缩率进行组合试验，获得不同工况下的数据。 根据实验数据，分析了量水槽水位与流量的关系，拟合了尺寸协调的流量公式，并对量水槽的水力性能指标进行了分析研究。 4.1水位流量关系根据第三章推导的u形渠道半圆柱形量水槽临界水深公式(3-18)和试验数据，可以计算d40和D60 u形渠道下不同尺寸、不同流量的半圆柱形量水槽的临界水深h，其值和试验测得的上游水深h绘制在直角坐标系中。临界水深和上游水深之间的关系如图4.1和4.2所示 根据第三章推导的上游水头公式(3-19)和U形渠道半圆柱形量水槽的试验数据，可以计算出D40和D60规格的U形渠道半圆柱形量水槽在不同收缩率和不同流量下的上游水头h，其数值和试验测得的上游水深h绘制在直角坐标系中。上游水头和上游水深之间的关系如图4.3和4.4所示 试验中测量的上游水深和流量数据绘制在直角坐标系中，如图4-5和4-6所示。 从图4-5和4-6可以看出，上游水深与流速呈指数关系，在相同流速下，上游水深随着收缩率的增大而减小。 在现场实际应用中，由于渠道规格已经设定，应选择收缩率较大的量水槽，以满足大流量，而不影响流量测量。 收缩率较大的量水槽的测量精度是否满足要求仍需验证。 量水槽的测量精度将在下面进行分析。 ……结论对D40和D60渠道分别进行了4种收缩率的模型试验，并对试验数据进行了分析。根据文丘里量水槽的流量测量原理，根据能量方程和临界流量方程，量水槽上游的弗劳德数Fr？0.45、满足明渠规范的要求 相同的收缩率Fr随着流速的增加而减小，并且与收缩率有关。收缩率越大，Fr越大 由于U形水道的横截面积不是水深的线性函数，弗劳德数Fr与流速有关，随流速的增加而减小，但线性关系不明显。 U形渠道半圆柱形量水槽的临界淹没度为0.8-0.93，平均值为0.85，最大值为0.93。 因此，存在较大的自由流出范围，不容易造成淹没流出，保证了流量测量的准确性。 回水高度随流量的增加而增加，随收缩率的增加而减小。因此，在实际应用中应选择收缩率较大的计量罐。 但不应太大，否则会影响流量测量的准确性。 半圆柱形量水槽引起的局部水头损失较小，随流量的增加而增加，随收缩率的增加而减小，上游水头比较小。 在实际应用中，半圆柱形量水槽的断面可采用纯水泥等特殊方法抹灰。 通过对两个U形渠道的半圆柱形量水槽的试验，综合分析半圆柱形量水槽的水力性能指标，得出了U形渠道的半圆柱形量水槽的适宜收缩率为0.48-0.59。 给出了半圆柱形量水槽标准化设计中量水槽半圆柱半径的迭代公式和曲面计算公式，为半圆柱形量水槽模板制作工艺提供了理论依据，为半圆柱形量水槽在现场的实际应用奠定了基础。 ...参考文献(省略)