目的:智慧决策与实时调控的量水产品是实现灌区农业节水的重要手段与方法。基于超声波原理的量控一体化设备能为灌区水量调控智能化、管理高效化、记录数字化、输配水自动化提供技术支撑。本文重点开展渠道量控一体化设备的水动力学模拟、测量点阵布置方法和现场测试、结构优化,开发出高精度并适用于渠道的量控一体化测流方法。方法:本文主要通过Solidworks软件与3D打印技术对量控设备进行建模,制造。运用CFD软件计算不同闸门开度、不同流量、不同声道角、不同速度下,量控设备的内部流场分布,揭示箱体测量段内部流态随闸门开度的变化,建立结构与水动力学模拟模型;探讨声道角、开度、流量对速度修正系数产生影响的显著性差异,得到综合的速度修正系数值,简化适用于不同开度情况下流量计算模型;通过实测验证数值模拟建立的流量计算公式,确定合适声道安装角范围。基于此,对箱体进水口形状、纵横比进行结构优化,提出合理的进水口箱体结构、纵横比、声道角相互匹配的优化结构模型,为该产品在灌区利用提供理论依据。结果:(1)数值模拟与实测值之间流量计算误差为2.6%,模拟模型可用。沿箱体长度方向看,在相同的开度情况下,随长度增大,速度区域分块越来明显,并且呈现两头变异中间平缓的格局。从箱顶部往下看,除靠近箱体处个别点异常外,速度呈现增加的趋势,垂直方向上对称面上的速度并不是完全对称分布。沿箱体宽度方向看,越靠近箱体壁面两端的速度分布差值越明显,水流遇到建筑物紊动加剧。从不同声道安装角度所在平面来看,随开度的增大,断面上的速度差异随着声道角增大而减小,声道角越小,开度越小,断面平均流速受到闸门开度影响越大。同一开度下,速度比值λ随着声道角增大呈现先减小,最后趋近于不变的趋势。从流线分布看,小开度会在局部区域产生回流,全开时,不产生回流区,流线分布光顺、均匀。(2)声道角、流量、开度对速度修正系数K值影响显著的强弱为开度、声道角、流量。声道数与K值变化关系可以分为两类,第一类为:K值随声道数增大而减小,K随声道数呈现对数变化;第二类为:K值随声道数增大而减小,然后再增大,K随声道数呈现多项式变化。K值随着开度变化呈现多项式变化趋势。不同声道角下,K值对流量变化不敏感,说明流量的差异性对K值影响小。在不同开度情况下,第1-6声道位置处、第7声道位置处、第8声道位置处,K值随声道角变化趋势差异性很大。(3)同一流量下,闸门全开,流速有随水位增加而增加的趋势,但是增大的趋势越来越缓慢。同一种声道角的工况下,开度较小,流量随上下游水位差增大而增大,流量随上下游水位差变化呈多项式变化趋势。开度较大,流量随着水位差变化不明显。声道上线平均流速实测与数值模拟随声道数变化趋势最为吻合,流量误差最小,对应的声道角为48°左右。进水口前端与方型箱体连接处为圆弧过渡连接,能作为进水口过渡段段的优化结果,箱体纵横比与声道角造成的K值差异可以相互补偿,要想K值稳定,要求纵横比大于等于4.375。结论:建造了渠道量控一体化设备基本结构与水动力学模型,揭示了其在闸门开度变化情况下箱体内部流场分布特性。简化了适用于不同开度情况下设备的流量计算公式,构建了基于超声波原理的点阵系统的流量计算模型,速度修正系数为1.056。验证了流量计算模型,声道安装角为48°左右,流量误差最小。提出了合理进水口箱体结构、纵横比、声道角相互匹配的优化结构模型,曲线型连接最好,纵横比为4.375。