一种平缓地形输水工程增流方法技术

本发明专利技术公开了水利工程领域的一种平缓地形输水工程增流方法，旨在解决输水效率差流速缓慢的技术问题。本发明专利技术提供的平缓地形输水工程增流方法，通过基于立面二维水气两相模型构建流体动力学模型对输水工程水气两相自由液面进行精确二维模拟，统计模拟建设不同高度驼峰堰的渠道流量进出口的水头损失，选取并建设最小的流量进出口水头损失对应的驼峰堰，驼峰堰提高水流的弗劳德数，渠道的水流趋近于临界流，实现降低输水工程渠道的水头损失对输水工程进行增流，提高了输水工程渠道的输水能力。提高了输水工程渠道的输水能力。提高了输水工程渠道的输水能力。

【技术实现步骤摘要】
一种平缓地形输水工程增流方法


[0001]本专利技术涉及一种平缓地形输水工程增流方法，属于水利工程


技术介绍

[0002]输水工程负责调控水资源的再分配，在我国输水工程常见于地势平缓的平原地带，所修建的输水工程底坡坡度平缓，输水工程渠道水头损失大输水能力差，如何对平缓地形的输水工程进行增流成为业界新难题。
[0003]公开于该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域普通技术人员所公知的现有技术。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种降低输水工程流量进出口水头损失的平缓地形输水工程增流方法。
[0005]为达到上述目的，本专利技术是采用下述技术方案实现的：
[0006]本专利技术提供一种平缓地形输水工程增流方法，
[0007]根据输水工程渠道体型、水位与流量条件，基于立面二维水气两相模型构建流体动力学模型；
[0008]在所述流体动力学模型中统计模拟建设不同高度驼峰堰的渠道流量进出口的水头损失；
[0009]选取最小的流量进出口水头损失对应的流体动力学模型，在输水工程渠道建设被选取的流体动力学模型的驼峰堰。
[0010]进一步地，使用计算流体动力学软件构建流体动力学模型。
[0011]进一步地，所述流体动力学模型的初始条件包括固定上下游流量边界。
[0012]进一步地，构建流体动力学模型初始条件还包括：输水工程渠道长度、渠道底坡水流方向的坡度、驼峰堰在渠道中的位置。
[0013]进一步地，所述流体动力学模型中驼峰堰设置在与两岸等距的渠道中部。
[0014]进一步地，构建流体动力学模型的网格尺寸在0.5m以下。
[0015]进一步地，当输水工程渠道体型为梯形时，采用整体分层预制的方法建设被选取的流体动力学模型的驼峰堰。
[0016]进一步地，建设被选取的流体动力学模型的驼峰堰时，在输水工程渠道底坡进行地钉锚固施工实现固定驼峰堰。
[0017]进一步地，所述驼峰堰的堰面包括2至3段圆弧段，所述圆弧段之间通过直线段过渡。
[0018]进一步地，所述计算流体力学软件包括FLUENT软件。
[0019]与现有技术相比，本专利技术所达到的有益效果：
[0020]本专利技术提供的平缓地形输水工程增流方法，通过基于立面二维水气两相模型构建
流体动力学模型对输水工程水气两相自由液面进行精确二维模拟，统计模拟建设不同高度驼峰堰的渠道流量进出口的水头损失，选取并建设最小的流量进出口水头损失对应的驼峰堰，驼峰堰提高水流的弗劳德数，渠道的水流趋近于临界流，实现降低输水工程渠道的水头损失对输水工程进行增流，提高了输水工程渠道的输水效率。
附图说明
[0021]图1是本专利技术实施例一中输水工程渠道与驼峰堰的示意图；
[0022]图2是图1中整体分层预制的方法建设的驼峰堰轮廓图；
[0023]图3为本专利技术实施例一提供的平缓地形输水工程增流方法流程图；
[0024]图4是本专利技术实施例一流体动力学模型设置0.5m网格的示意图；
[0025]图5是图4流体动力学模型12480
‑
12560m渠道里程的水气两相体积占比统计图；
[0026]图6是图4流体动力学模型10000
‑
15000m渠道里程的水气两相体积占比统计图；
[0027]图7是本专利技术实施例一中不同驼峰堰高度下的流量进出口水头损失统计图；
[0028]图8是用于解释本专利技术实施例一原理的断面比能与水位的关系曲线图；
[0029]图中：1
‑
驼峰堰；2
‑
地钉。
具体实施方式
[0030]下面通过附图以及具体实施例对本专利技术技术方案做详细的说明，应当理解本申请实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
[0031]实施例一：
[0032]图3是本专利技术实施例一提供的平缓地形输水工程增流方法的流程图。本流程图仅仅示出了本实施例所述方法的逻辑顺序，在互不冲突的前提下，在本专利技术其它可能的实施例中，可以以不同于图3所示的顺序完成所示出或描述的步骤。
[0033]参考图1所示的输水工程渠道，获取待进行增流优化的输水工程渠道的体型、水位与流量条件，基于立面二维水气两相模型构建流体动力学模型(又称VOF法)，本实施例使用CFD(计算流体动力学)软件构建流体动力学模型，为了最佳的收敛速度和求解精度进一步采用FLUENT软件构建流体动力学模型，为了更好的与实际工况相结合，还在流体动力学模型中固定上下游流量边界；在进水口设置为水速1m/s，出水口设置outflow出流，下方wall边墙，上方压力设置为零，为提高模拟精度，构建流体动力学模型时，网格尺寸应当在0.5m以下，参考图4，本实施例采用0.5m的网格尺寸；在流体动力学模型中根据输水工程渠道长度设置渠道里程范围10000
‑
15000m、渠道底坡水流方向的坡度1/20000、从渠道底坡为建模起始面建模高度为10m、水位7m，在流体动力学模型中拟定好的里程处设置驼峰堰，驼峰堰还应当设置在与两岸等距的渠道中部，本实施例根据待进行增流优化的输水工程渠道的地勘报告、施工难易程度等因素，选择在流体动力学模型中渠道里程12503m处设置驼峰堰。
[0034]试探性的在渠道里程12503出设置1m高的驼峰堰，参考图5和图6，基于立面二维水气两相模型构建流体动力学模型在渠道里程12480
‑
12560m以及渠道里程10000
‑
15000m的渠道中心剖面的水气两相体积占比情况，基于该流体动力学模型得知在设置一定高度的驼峰堰情况下，固定上下游流量边界时，流量进出口的水头损失减少；按同样的方法构建0.5、
1.5、2m高驼峰堰的流体动力学模型，并在流体动力学模型中获取流量进出口的水头损失，同时作为参照构建无驼峰堰的输水工程渠道的流体动力学模型，获得下表：
[0035]驼峰堰高度(m)流量进出口的水头损失(m)00.22720.50.143510.15381.50.126520.1222
[0036]参考图7与上表，不难得知，当在图1所示的输水工程渠道的流体动力学模型的12503m里程设置2m高的驼峰堰时，流量进出口的水头损失为0.1222m，而不设置驼峰堰时流量进出口的水头损失为0.2272m，设置2m高的驼峰堰的水头损失相比于驼峰堰高度0m也就是无驼峰堰减少了46％。
[0037]断面比能是指对于坡度较缓的渠道渐变流，断面最大水位与流速水头之和相当于以断面最低点为基准面时水流具有单位机械能，又称为断面单位能量，在同一流量下，渠道某一断面具有最小比能值，此时断面单位动能是单位势能本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种平缓地形输水工程增流方法，其特征是，根据输水工程渠道体型、水位与流量条件，基于立面二维水气两相模型构建流体动力学模型；在所述流体动力学模型中统计模拟建设不同高度驼峰堰的渠道流量进出口的水头损失；选取最小的流量进出口水头损失对应的流体动力学模型，在输水工程渠道建设被选取的流体动力学模型的驼峰堰。2.根据权利要求1所述的平缓地形输水工程增流方法，其特征是，使用计算流体力学软件构建流体动力学模型。3.根据权利要求1所述的平缓地形输水工程增流方法，其特征是，所述流体动力学模型的初始条件包括固定上下游流量边界。4.根据权利要求3所述的平缓地形输水工程增流方法，其特征是，构建流体动力学模型初始条件还包括：输水工程渠道长度、渠道底坡水流方向的坡度、驼峰堰在渠道中的位置。5.根据权利要求4所述的平缓地形输水工程增...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺蔚，曾庆林，周红星，秦杭晓，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：