u形渠道过水断面竖向流速分布规律探究

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1、U形渠道过水断面竖向流速分布规律探究　　摘要：本文主要利用二次函数和对数公式对U形渠道实测流速进行拟合，发现二次函数形式拟合曲线的相关系数在0.95左右，对数形式的拟合曲线相关系数在0.84左右，说明二次函数可以比较真实地反映流速分布情况。本文引入无量纲的相对流速u/v和相对水深y/h的概念，确定了在不同区域内影响二次函数公式中系数a、b、c的主要因素以及其函数计算式。关键词：U形渠道；流速分布；二次函数ExperimentalStudyOnVelocityDistributionofVerticalin

2、OpenChannelwithU-shapedCanalYuJia,GaoYangTheEngineering&technicalCollegeofChengduUniversityofTechnology,Leshan614000,China;2.WaterResourcesManagementOfficeinBenxi,Liaoning117022,China)Abstract:Inthispaper,weusedquadraticfunctionandlogarithmicformulatosimu

3、latethepracticalvelocitydataformverticalofwateracrosssection,andfoundthecorrelationcoefficientisabouto.95and0.84.Thisshowsthat7thequadraticfunctioncanreflecttherealsituationofvelocitydistuibution.Basedonthedimensionlessrelativevelocityu/vandrelativedepthy

4、/h,themaininfluencefactorsoncoefficients-a,b,candtheirfunctionformulasaredetermined.Keywords:channelwithU-shapedcrosssection;velocitydistribution;quadraticfunction中图分类号：TV133文献标志码：A中图分类号：文献标识码：A文章编号：2095-2104（2012）1引言20世纪70年代以来，U形渠道因其结构性能优越、输沙能力和抗冻胀破坏能力强等

5、优点，在我国灌区被广泛使用[1]。但迄今为止其水力特性的研究和断面测流技术的发展仍不完善，灌区通常采用矩形断面渠道的测流方法对不具备量水设施的U形渠道进行流速流量观测，测流精度往往难以达到要求，这在很大程度上影响了灌区的用水调度管理。本文采用理论分析和试验研究相结合的方法，对U形渠道的竖向流速分布规律做了初步分析，并为进一步研究提供了一些有价值的依据。2试验设备及水流条件[1][2][3]7试验水槽断面为上部直线段梯形、底部圆弧弓形的非标准U形断面。渠道长40m，深0.6m，底弧半径0.3m，底弧圆心角，

6、底弧弓形高0.227m，边坡系数为0.25，渠道底坡i为0.001。试验在水流为恒定均匀紊流状态下进行，流量测定范围为30L/s～60L/s，水深范围为0.1m~0.3m，水温控制在20℃左右。试验共进行了21组流量、水深、流速的量测。将水流流态比较稳定的距渠道进水口20m的地方设置为流速观测段，并通过在渠道末端调节挡水板的方式来控制测量段水位。过水断面测点的布设为每隔2cm设置一条测速垂线，并且每条垂线上每隔2cm设置一个测点。本试验选用Vectrino小威龙点式流速仪进行流速观测，流速测量范围1mm/

7、s~4m/s，最高采样频率200Hz，最小采样体积小于0.08m³，边界距离探测精度0.1mm。3U形渠道竖向流速分析3.1竖向流速的二次函数公式和对数公式的对比分析分析本试验的中垂线流速资料，将渠道在流量相同，不同水深情况下，中垂线上的实测流速按二次函数公式（1）和对数函数公式（2）进行拟合，如图1所示。二次函数公式(1)对数函数公式(2)7式中，为中垂线上水深y处纵向时均流速（），为摩阻流速（），y为中垂线上任一点到渠底的距离（m），为过水断面中垂线处水深（m）。由图1可以看出，断面最大流速

8、位于自由液面以下，且中垂线上存在着流速值相等的两点。可以发现：按对数公式拟合的相关系数在0.84左右，拟合曲线有一定的偏差，还需引入尾流函数对这种偏差加以修正[4][5]，才能使得对数公式能够真实的反映自由水面区域的竖向流速分布；而按二次函数公式拟合的相关系数在0.95左右，可以较真实的反映流速分布情况。图1中垂线流速按对数形式分布图图1中垂线流速按抛物线形式分布图3.2竖向流速抛物线公式分析分析U形渠道的中垂线流速资料可以得