迭代法在明渠流水深计算中的应用

鉴于明渠流水力计算中正常水深和临界水深,用试算法计算繁琐,用查图法查算精度较低,本文通过对水力学中流量和水力要素计算公式的数学变形,导出矩形、梯形断面正常水深和临界水深的迭代关系式,并以实例应用说明迭代算法的优点。     

水力计算求解图的计算机实现

对水力学中常用的4种水力计算求解图,即梯形及矩形断面渠道正常水深求解图、梯形及矩形断面渠道临界水深求解图、梯形及矩形断面渠道共轭水深求解图和梯形及矩形断面渠道底宽求解图用计算机实现。使用Visual Basic语言编制程序,界面友好,使用方便、快捷,计算结果较原图表查得的数据具有更高的精确度,有较强的实用价值。     

用等面积系数法计算梯形渠道临界水深的直接公式

应用等面积系数法提出了一种梯形渠道临界水深的直接计算式。通过与同类公式比较表明，该公式概念清楚、形式简单，且又能满足工程精度和范围的要求，适合在水力设计和教学中应用。     

梯形渠道水力最优断面计算

渠道的水力最优断面与一般断面相比,具有通过流量大或过水断面面积小的优点;因而具有节省土石方工程量的实际意义。所以在设计渠道断面时,水力最优断面常常被选为经济比较的方案之一。工程中对梯形渠道水力最优断面的设计,一般都归结为对水深或底宽的求解。在以前的水力学教科书中,只是给出了这种断面的宽深比关系,并未指明计算这种断面的具体方法。资料[1]曾列出关于水深的超越方程,并用图解法求解,但其一个算图只适用于一种糙率值;资料[2]也曾编制出求解算图,但其原理和过程较为复杂。本文根据明渠均匀流的流量公式,利用水力最优断面的几何条件,引用关于谢才系数的满宁公式,以使得计算中不致出现超越方程,从而推求这种断面水深的计算公式,并编制求解水深的诺模图。     

遗传算法工具箱在弧底梯形明渠正常水深计算中的应用

弧底梯形渠道断面的水力计算中,正常水深的求解无显函数形武的表达公式.为避免传统低效的经验试算法、图解法等,通过对弧形底梯形明渠正常水深计算的基本方程进行数学变换,将其正常水深计算问题可归结为一非线性优化问题,再运用MATLAB遗传算法工具箱求解.结果表明,MATLAB遗传算法工具箱具有计算精度高、求解速度快、程序通用性强、直观、方便等优点.     

梯形明渠特征水深计算的GUI实现

针对正常水深、临界水深、收缩水深和共轭水深这四种明渠特征水深,通过对梯形明渠水力计算公式进行适当变换,建立水力计算的数学模型,借用MATLAB GUI系统的可视化操作界面进行编程设计,实现快速、准确、方便地计算且结果精确可靠,可供工程实际参考应用.     

梯形断面明渠水跃共轭水深新的迭代方法

根据梯形断面明渠水跃共轭水深的三种计算公式,选取的公式(7)为研究对象,利用迭代法重新分析梯形断面明渠水跃共轭水深的计算方法。提出了梯形断面明渠水跃共轭水深的简单迭代公式和初值的简单确定方法。本研究提出的迭代公式形式简单,初值选取方便,计算精度较其他迭代方法更高。     

城门洞形及马蹄形过水隧洞的临界水流

针对水利工程上常用的城门洞形及马蹄形过水隧洞,利用临界流方程,给出了旨在用于临界流分析的断面参数Ｚ和水力指数Ｍ 的计算公式和表示水深与Ｚ以及Ｍ 之间的关系曲线。计算曲线表明,若隧洞的高宽相等,在水深比小于１．４ 时, Ｍ 值的变化范围很小,而当水深比达到１．９０时,两种隧洞具有近似的临界流特征。分析和计算还表明,圆顶隧洞在水深无限接近洞顶时不可能出现临界流状态,但洞内水位较高时,其临界流的波状水面可较早地引起封顶水流。所提供的公式和曲线可为隧洞的水力设计所参考。     

双层引水进口前临界淹没水深的试验研究

现有水电站最小临界淹没水深的计算公式仅针对于单管单孔进水口,本文旨在研究双层进水口的水力特性,以获得其临界淹没水深的经验公式。通过水力模型试验,提出虚拟当量管道的概念,由此拟合得出双层进水口的最小淹没水深公式。结果发现,双层进水管的临界淹没水深试验值比Gordon公式计算值大,但两条拟合曲线的斜率较接近。研究可得Gordon公式仅适用于单管单孔进水,而不适用于双层进水管引水的情况,本文拟合所得经验公式可为双层进水口的临界淹没水深设计提供一定的参考。     

关于水力半径计算方法的探讨

本文对用矩形、抛物线型、三角形、梯形、天然河道五种类型河床包括宽浅、窄深式分别计算水力半径的精算值和三种简算值及相对误差数分别计算,分析得出不同类型河床糙率的误差及应采用的方法。水文站断面形状各异,计算糙率时水力半径最好采用精算法,宽浅式断面可用平均水深代替水力半径;窄深式用断面面积除以水面宽加平均水深计算R值,当平均水深小于5米时采用平均水深代替水力半径,其误差小于5%,计算糙率误差小于3.2%。     

明渠水流临界水深的研究

本文首先说明了目前通用的明渠水流临界水深公式只适用于平底明渠缓变流,然后从理论上对任意底坡明渠急变流的断面单位能量和临界水深进行了分析.在考虑了离心力对急变流断面动水压强分布的影响后,导出了任意底坡明渠急变流的断面单位能量和临界水深的关系式,分析了明渠急变流的断面单位能量随水深的变化规律.同时还对流线的凹向、流线曲率半径及水面坡度对临界水深的影响进行了分析,论证了趺水处和曲线型实用堰堰顶的水深均小于按现有公式计算的临界水深的原因.最后,对曲线型实用堰堰顶水深进行了验算,结果与实测较为一致.     

城门洞形断面隧洞临界水深度的近似算法

城门洞形断面是输水隧洞工程中一种经常采用的过水断面形式。其临界水深方程是含未知参数的超越方程 ,数学上无解析解。常见计算方法有图解法或迭代试算法。这些方法都繁琐复杂 ,而且图解法误差大 ,还依赖图表 ,不便应用。为满足生产实践之急需 ,通过对其临界流基本方程的数学变换 ,并应用优化拟合原理 ,给出其近似解析解 ,从而提出一种近似计算公式。结果表明 :在实用范围内 (临界水深度与拱顶半径之比在 1.1到 1.8之间 ) ,临界水深度的最大误差不超过 0 .5 %。该法比现行的查图查表法、迭代试算法更简捷、更精确     

免疫遗传算法在渠道优化设计中的应用

农田水利工程中的灌溉渠道断面设计大都是非线性优化问题,在实际求解过程中一般采用传统低效的试算法.文中应用免疫遗传算法(IGA)对梯形和U形灌溉渠道断面的底宽及设计水深等参数进行了优化设计.算例表明,IGA能有效解决渠道断面设计中的优化问题,且计算量小、精度高,在工程优化设计中具有较高的应用价值.     

一种新的圆形过水断面正常水深近似计算公式

为了给工程设计提供更为简捷、通用且有较高精度的圆形过水断面正常水深的计算公式,首先引入无量纲正常水深参数并对圆形过水断面正常水深的基本方程进行恒等变形,然后根据优化拟合原理对恒等变形公式进行分析处理,从而导出了一种新的圆形过水断面水深近似计算公式.误差分析及实例计算结果表明,该近似计算公式形式简单,适用范围广,计算精度高,工程常用范围内其正常水深计算的最大相对误差小于0.74%.     

电站双孔进水口临界淹没水深的试验研究

目的在于通过模型试验总结出电站双孔进水口计算临界淹没水深的经验公式。试验在三峡电站进水口的大比尺模型 (1∶ 30 )上进行。试验数据用计算机进行回归分析 ,拟合出数据曲线 ,得出双孔进水口计算临界淹没水深的经验公式 ,将此公式与清华大学水利系以前做的单孔进水口临界淹没水深经验公式及 Gordon公式进行比较。指出双孔进水口公式具有实际工程用途且具有优越性 ,在设计电站双孔进水口确定临界淹没水深时 ,可供设计者参考     

关于开敞式溢洪道陡坡水面线的计算法

恒定总流的断面单位能量表达式和临界流方程,仅适用于恒定缓变流,而不能用来解决有关恒定急变流的水力学问题,否则将会导致相当大的误差,为了分析和计算敞式溢洪道陡坡控制水深,本文从理论分析上建立了急变流的断面单位能量表达式和临界流方程,可用来计算急变流控制水深h_(KC)。通过试验资料计算检验,精度令人满意,这对计算敞式溢洪道大陡坡含急变流、缓变流、均匀流的b_2型完整水面线有所改进,文中还就国内现有计算陡坡缓变流起始断面位置S_B和水深h_B的公式进行了评述比较。     

施工导流中明渠水面线的快速计算

本文提出了三种计算明渠水面线的方法:①简化的水力指数法,在缓坡条件下统一水力指数x与断面指数y,求得简化公式;②简化的逐段累计法,引进α_γ及β_γ两个函数,制成计算数表;③电算法,提供了计算梯形(包括矩形)、圆形和拱门形断面的棱柱体明渠水面曲线的程序。三种方法,都列有实例,并与传统的水力指数法对比,分析其优缺点。文中还介绍了计算h_o及h_k的迭代公式。     

梯形衬砌渠道边坡(m)的优选方法

在梯形渠道水力最佳断面计算及梯形衬砌渠道侧墙稳定性计算的基础上,根据侧墙厚度变化和渠道占地变化所引起费用变化的经济分析,提出了梯形衬砌渠道主要由满足侧墙强度要求的最小板厚决定边坡（ｍ）的方法,改变了过去渠道设计中仅凭经验或单纯以水力断面最优选取边坡的局限性。据此优选的边坡（ｍ）既兼顾了水力断面最优又具有侧墙的稳定性,从而使衬砌量最小。     

无压流圆形断面收缩水深的近似计算公式

无压流圆形断面收缩水深的计算需求解高次隐函数方程,理论上无解析解,传统的图解法或者试算法计算过程复杂,费时费力．通过引入无量纲收缩水深,对无压流圆形断面收缩水深的基本方程进行恒等变形,得到了快速收敛的迭代公式,再与合理的迭代初值配合使用,得到无压流圆形断面收缩水深的近似计算公式．误差分析及实例计算表明,在工程常用范围内,收缩水深的最大相对误差小于0．72％．近似计算公式形式筒捷、精度高、适用范围广．     

抛物线形渠道水力最优断面的计算

根据明渠均匀流理论，推求了抛物线形渠道正常水深与流量的关系和水力最优断面的计算公式，得出了水力最优断面水深与抛物线参数的关系为ah0=0.946732。与其它渠道比较结果表明，抛物线形渠道是仅次于U形渠道的又一水力最优断面。