扭矩式明渠测流方法的研究

针对北方灌区斗、农渠数量多、底坡缓且灌溉水流泥沙多的现状，提出了一种扭矩式明渠测流方法。为了探索在矩形明渠水流冲击作用下测流圆杆对固定点的扭矩、水深与流量之间的理论关系，应用圆柱绕流原理对圆杆测流模型进行理论分析，并结合流速面积法，得出扭矩、水深与流量之间的半经验关系式，并在室内矩形明渠中进行标定。试验结果表明，扭矩式明渠测流方法具有较高的测流精度，计算流量与实测流量之间平均相对误差为1.212%，最大相对误差为3.18%，相对误差均小于5%，满足灌区量水要求。该测流方法水头损失小、成本低廉，测流精度较高，为灌区量水提供一种新的测流方法。     

不同坡度下摆杆式测流仪量水特性的研究

灌区精准量水是实现水资源可持续发展的关键所在,针对明渠测流技术提出了一种基于摆杆摆动角度与渠道过水断面瞬时流量之间关系的明渠测流方法。为了研究不同坡度下摆杆式明渠测流装置的测流特性,利用摆杆式测流仪器在D50 U型渠道上进行测流试验,并结合量纲分析法对试验结果进行处理,研究表明:摆杆式明渠测流仪摆动角度θ与渠道过水断面瞬时流量Q之间关系为:Q=K(L sinθ)5/2,在坡度为1/500、1/1 000、1/2 000、1/5 000与1/10 000的D50 U型渠道中线性相关性良好,测量精度可以满足明渠测流要求。     

基于FLUENT的摆杆式明渠测流特性数值模拟

为更好地进行灌区输配水管理,提高灌区量水精度,对摆杆式明渠测流装置在D50型U形渠道中测流特性进行数值模拟研究。基于计算流体力学,通过FLUENT软件,采用VOF方法、Realizable k-ε湍流模型以及动网格技术对3种不同材质测流摆杆测流特性进行数值模拟,并利用后处理软件对模拟结果进行分析,发现模拟渠道水位随着流量的增大而增大,水流最大流速位于水面下方,符合明渠水力学基本原理;采用动网格技术对测流摆杆摆动特性进行模拟是可行的;利用测流公式算得流量与实际流量之间平均相对误差小于3%,可以满足明渠测流精度要求。     

标准U形渠道多孔板式测流的数值模拟研究

为了探索多孔板式测流装置在标准U形渠道中的测流精度及影响因素,利用Fluent数值模拟软件对不同流量下的水流流场进行模拟,可得到各个时段水面线的云图。多孔板式测流装置的每对流道相当于一个毕托管,利用动静压管中水的高差即为流速水头,从而得出流速■。通过观察水面线的变化以及对流速数据的分析,结果发现,数值模拟得到的流速与实际实验得到的流速平均相对误差在5%以内,吻合度很好,符合明渠测流装置测量精度的要求,进一步证明了数值模拟的准确性及可行性。     

横向摆杆式明渠测流方法在矩形渠道中的应用研究

为了提高灌区内的量水准确度,利用横向摆杆在水流冲击及扭转弹簧共同作用下产生的水平转动角度θ与渠道过水断面流速v之间存在的数学关系,提出一种基于流速面积法的明渠测流方法.通过对横向摆杆式明渠测流装置在矩形渠道中进行物理实验,并在FLUENT计算流体力学软件中采用VOF两相流模型和标准k-ε湍流模型对测流过程进行模拟仿真,...     

矩形明渠流速分布特征及其在流量量测中的应用

通过对明渠流速的水槽试验研究,建立了矩形断面明渠流速沿垂线分布的抛物线公式和流速横向分布的乘幂函数公式,拟合分析给出了流速分布系数的确定方法。实测渠道流速资料验证表明,所提出的明渠流速分布规律与实际分布一致。根据提出的明渠流速分布规律,给出了确定明渠流量的简易测定与计算方法,计算相对误差较小,可以满足明渠流量计量的精度要求。在此基础上设计了实用流量自动化测量系统,可以简化明渠测流工作量,降低测量成本、提高明渠测流精度,已在一些引水渠道中使用。     

过渡段形式对无喉道量水槽水力特性的影响

为了对比不同过渡段形式对无喉道量水槽水力特性的影响,在传统矩形无喉道量水槽结构的基础上,设计了过渡段为圆形和椭圆形的无喉道量水槽,在宽0.6 m,深0.3 m的矩形渠道上进行了一系列试验。试验测量了无喉道量水槽在不同流量下的水位,对水位流量关系进行拟合,对不同流量下的佛汝德数和水头损失进行了分析。结果表明,过渡段形式对无喉道量水槽的测流精度、佛汝德数及水头损失均有一定影响。3种无喉道量水槽的槽前水流均满足测流要求,直线形过渡段无喉道量水槽的测流精度最高,但水头损失最大;圆形过渡段无喉道量水槽的测流精度虽较直线形过渡段的低,但水头损失最小。     

基于水面一点法的明渠流量计算方法研究

针对当前接触式流速仪测流难度大的问题，提出了一种非接触式流量计算方法。由于渠道水流中垂线平均流速与断面平均流速近似相同，垂线平均流速与垂线水面处流速的比值为恒定值，因此可以通过该恒定值与中垂线水面流速、断面面积三组参数实现对明渠断面流量的计算。以东深供水工程某段矩形明渠为研究对象，对不同垂线上实测流速进行积分计算垂线平均流速，通过实测流速拟合抛物线函数流速分布公式计算垂线水面处流速，同时将垂线平均流速与垂线水面处流速的比值作为流量系数。结果发现，基于该流量系数的计算流量与实测流量十分接近，表明本文提出的水面一点法保证测流精度的同时能有效降低测流难度。提出的基于水面一点法的明渠流量计算方法具有较高精度，可为东深供水工程渠道流量实时监测及其他灌区快速测流提供理论依据。     

明渠测流及量水槽精度的鉴定

水的逐步商品化要求供水计量精度得到保证，特别是大流量的农业灌溉或工业供水尤显重要，大水港灌溉工程高于干渠渠首无喉道量水槽的量水精度，采用明渠测流法进行精度鉴定，并在定量定性的基础上，评定量水槽的适用性。     

明渠非满管电磁流量测箱测试评价

为明确非满管电磁流量测箱在明渠正常输水及不同干扰物存在条件下测流结果的精确度及稳定性,将不同流量测箱与标准流量计在不同工况条件下的测量结果进行对比分析,结果表明：超声、压力液位流量测箱在不同工况下与标准流量计测得流量数据符合测流精度要求;从测流数据的稳定性角度考虑,超声、压力液位流量测箱测量数据的标准差等参数较压力A型流量计低,压力液位流量测箱的误差分布在0.047 28～0.091 34,超声液位流量测箱的误差分布在0.047 50～0.092 50,压力液位A型流量计误差分布在0.044 90～0.092 30;从宁夏灌区实际情况考虑,超声、压力液位流量测箱能在不同工况下工作且精度较高,可以适当推广应用.     

明渠测流及量水槽精度的鉴定

水的逐步商品化要求供水计量精度得到保证，特别是大流量的农业灌溉或工业供水尤显重要。大水港灌溉工程高干渠渠首无喉道量水槽的量水精度，采用明渠测流法进行精度鉴定，并在定量定性的基础上，评定量水槽的适用性。     

基于堰流的矩形明渠跌水量水研究

基于堰流的测流原理,推求出矩形渠道自由跌水的流量理论计算公式,其中综合流量系数(m)可由明渠底坡(S)和糙率(n)共同确定,并针对6种明渠底坡(S)、2种糙率(n)进行了一系列模型试验。结果表明,矩形明渠量水堰过流顺畅,测流精确,综合流量系数m与S(1/2)/n存在线性关系,流量试验值与理论计算值吻合良好。     

新型超声波方形量水槽测流误差试验研究

为提高新型超声波方形量水槽在非淹没出流条件下的测流量精度,加强新型超声波方形量水槽在明渠量测水中的适应性,进而推进灌区信息化建设,在超声波方形量水槽前后加设水力收缩段,并引入水力学公式辅助测流,最后与三角堰进行流量误差对比试验研究.研究结果表明:无收缩段的方形量水槽在淹没出流条件下测流误差低于8％;有收缩段方形量水槽在...     

便携式矩形渠道自动测流装置的研究

根据伯努利方程,通过测出矩形渠道动水与静水压力之差可以测出流速,研究并设计了一种压力式流量传感器,并在此基础上设计了一套便携式矩形渠道自动测流装置。该装置根据流速面积法,采用自主研发的压力式流量传感器,整个传感器以具有A/D转换功能的STC12C5A60AD单片机作为主控电路,能够测出多点流速信号,并将其送入上位机进行处理,在上位机上可以输入渠道断面参数,最终在上位机以及二次仪表上直接显示出渠道的流量值,让人们直观地了解到当前明渠的流量,达到自动测流的目的。     

弹簧板式明渠测流装置的水力特性

为提高灌区精准量水技术,设计了一种基于弹簧形变量与渠道过水断面瞬时流量之间关系的明渠测流装置.该装置的模型试验在矩形渠道中,选定流量范围为20~85 m³/h,共在14个流量工况下进行.结合理论分析及数值模拟对该装置的流量公式、测流精度、水头损失等量测特性进行分析.研究结果表明:渠道过水断面瞬时流量Q同形变量d与参数C₁之和呈5/6次方关系,在量测板板宽为30,40,50,60 mm时Q与d+C₁的5/6次方的线性相关性良好;拟合得到弹簧板式测流装置的流量公式,公式计算流量和试验时的实测流量相吻合,最大相对误差为4.56%,其中板宽40 mm时的最大相对误差为1.43%;量测板上游水位的模拟值和实测值最大相对误差为4.54%,模拟结果与实测结果吻合;量测板产生的水头损失随着板宽的增加而增加,在板宽小于40 mm时,水头损失占比总水头均小于10%.研究成果为弹簧板式测流装置在灌区的应用提供了理论依据.     

明渠水流测线平均流速横向分布及其应用

基于室内与田间试验,分析了明渠水流流速分布特性,提出了水流测线平均流速横向分布抛物线规律和明渠测流方法。结果表明,抛物线规律表达测线平均流速横向分布具有较高的计算精度,在(1-2x/B)>0.1的范围,实测与拟合计算流速的相对误差在±5%之间;利用测线均速抛物线规律对不同渠形测流具有良好的适用性,相对误差在±5%之间,且减轻了田间施测工作量和便于灌区测流自动化。     

一种超声波明渠方筒流量测量方法

针对现有明渠流量测量方法环境适用性差、测量精度低的问题,提出了一种超声波明渠方筒流量测量方法。利用方筒自带标准过流断面,无需考虑明渠形状,应用四对换能器分层测量筒内流速,并结合超声波液位计测得的液位高度,便可计算出流过方筒的流量。研究了现有明渠测流技术,并通过对方筒进行Fluent仿真分析,根据分析结果确定了分层测量方案和流量计算方法。该法可适用于各种形制的明渠流量测量,测量精度高,安装使用简单方便。     

一种高性能的明渠测流仪研究开发成功

这种仪器的信息处理由单片计算机管理 ,只要将渠道形状输入仪器 ,并将探棒插入流体中 ,即可显示瞬时流量或时段平均流量。它的功能强大的软件系统具有波浪及脉动流速测定分析 ,测量结果自动平差除错 ,数据库自动存储测量结果 ,重要数据密码处理 ,对话式操作 ,流量、总水量打印等功能。它是目前世界上测量速度最快的便携式测流仪器 ,操作简单 ,适用于矩形、梯形、Ｕ形放水明渠和圆形管道测流。渠道宽可达 5 0ｍ ,水深可达 5ｍ。清水、污水、高温水均可测量。这种仪器早在 1991年即获得国家发明奖 ,第 2 0届日内瓦国际发明二等奖 ,并获得了中…     

河道流量视频测验技术应用研究及误差分析

新时期背景下的智慧水利建设对流量测验的简便性、准确度和连续性提出了更高要求，传统的接触式测流方法逐渐难以满足需要，为了充分利用现代化视频图像识别和人工智能技术优势，从而为河道流量测验工作提供全新的解决方案，以视频非接触式流量测验方法为研究对象，研究建立基于时空影像法（Space-Time Image Velocimetry,STIV）的视频测流计算方法，选取福建省闽江建溪流域七里街水文站作为示范应用站进行流量比测试验，并对试验结果进行精度评估及误差分析。结果表明：以水位分段的一元线性定线方式建立七里街水文站的流速流量相关关系效果较好，实际有效比测水位范围为89.41～100.43 m，流量范围为69.31～9 122.57 m3/s，关系线系统误差最大为0.11%，随机不确定度最大为7.80%，相对误差均在±8%以内，与比测结果对照良好，各项指标精度符合规范要求，据此得到的水位～流量关系曲线可作为七里街水文站的推流方案；视频测流方法作为非接触式的新仪器方法具备测量快速、安全高效、全量程监测、受极端情况影响小、成本低等优势，测流结果精度较高，安全性好，测流范围广，具备应用于实际测验工作的...     

基于时空图像法监测流量的测量误差分析

流量测量是开展水文分析和水资源管理的必要任务,有助于了解河流的水量变化,预测洪水风险,优化水资源分配。传统接触式测流方法装置布设复杂、测量效率低,以视频测流为代表的非接触式方法极大地提高施测效率,降低了成本,但对测流结果的误差分析不足,导致测流结果在水文分析与水资源管理中的应用存在风险。为分析视频测流误差,在通过视频图像法计算断面水位、时空图像法（Space-time Image Velocity,STIV）计算断面流速的基础上,假定单次测量的误差分布,推求了水位和流速测量误差、流量测算误差及其主要来源。并定义了误差平均带宽（EAB）来定量评估误差的大小。以栾川县养子沟流域为对象开展实例研究,结果表明：在水位或流速快速上升阶段,测量误差区间较小;仅考虑水位的不确定性、仅考虑流速的不确定性,以及同时考虑水位和流速的不确定性时流量测量误差平均带宽（EAB）值分别为4.98%、10.83%和15.83%,流速测量不确定性对流量的影响比水位测量不确定性对流量的影响更大。考虑水位与流速不确定性影响的视频测流方法有利于提高流量测量准确性,为流域水资源管理提供可靠的数据支撑,特别是在需要对不断变化的...