【摘 要】
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我国是一个水资源极其匮乏的国家,作为一个农业大国,农业灌溉用水量占水资源总量的比重很大,严重加剧了我国水资源的供需矛盾,因此,提高农业用水效率,是实现水资源可持续发展的迫切需要,而精准量水又是提高农业用水效率的重要措施。为了提高灌区量水的精度,基于灌区量水的发展现状,本文提出一种多层多摆杆式明渠自动测流方法,并从理论、试验和数值模拟三方面对装置的测流特性进行研究,得到以下结论:1、通过查阅大量文献
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我国是一个水资源极其匮乏的国家,作为一个农业大国,农业灌溉用水量占水资源总量的比重很大,严重加剧了我国水资源的供需矛盾,因此,提高农业用水效率,是实现水资源可持续发展的迫切需要,而精准量水又是提高农业用水效率的重要措施。为了提高灌区量水的精度,基于灌区量水的发展现状,本文提出一种多层多摆杆式明渠自动测流方法,并从理论、试验和数值模拟三方面对装置的测流特性进行研究,得到以下结论:1、通过查阅大量文献资料,在前人研究的基础上对多层多摆杆式明渠测流装置进行机械结构设计和电气系统设计。装置的结构设计主要是将测流摆杆、传感器、单片机等部件组合到一起;电气系统设计是根据装置所需功能,完成以nRF52810型号处理器为核心的硬件系统搭建,通过蓝牙功能将手机软件与测流装置连接,实现从手机软件实时查看流量数据的功能。2、通过对多层多摆杆式测流装置原理进行力矩分析,确定出影响摆杆摆动角度的主要因素,包括过水断面流量、摆杆密度、摆杆长度、摆杆直径、水流密度、水位高度、渠道底坡、渠道糙率等;利用量纲分析法对这些影响因素进行推导,得到当渠道参数及摆杆参数不变时,流量与三根摆杆摆动角度的关系式为:Q=K1（sinθ1）5/2+K2（sinθ2）5/2+K3（sinθ3）5/2+C。3、通过试验确定出三根摆杆之间互不影响的最短距离为50cm,在此基础上,将三根摆杆摆动角度随流量变化的数据进行拟合,求得测流公式的待定系数,确定出装置的测流公式,其相关系数在0.996以上,验证了测流公式的可行性。4、比较单杆和多摆杆拟合公式的相关系数,得到多摆杆所对应测流公式的拟合度更高。这是因为在测流时,三根摆杆处于不同的过水断面,且摆动角度不同,实现了分层测流的目的,故精确度更高。5、利用Flow-3D软件对该装置的水流性能进行数值模拟,将模拟结果与试验结果进行对比,得到其相对误差均小于5%,说明模拟效果较好且准确性较高,表明利用数值模拟方法对该装置的测流过程进行研究具有可行性。本文利用三种方法对多层多摆杆式明渠测流装置进行研究,相互补充及验证,最终证明了该装置的可行性,为灌区精准量水提出一种可行的办法。
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