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傳感智庫丨閘孔出流的流量計算

2020/5/28 15:08:10

水閘是為城市供水、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)供水、防洪、防潮、排澇等方面服務(wù)的重要基礎(chǔ)設(shè)施，在社會經(jīng)濟發(fā)展中發(fā)揮著重要作用。為了進行水閘的科學(xué)調(diào)度，需要對其過間流量進行測算。

一

水力學(xué)法

在測算閘孔出流的流量，可使用水力學(xué)法。根據(jù)閘門上下游水位及閘門開度，通過水位、閘位、流量關(guān)系曲線求出對應(yīng)的過水流量。

閘孔出流受水躍位置影響可分為自由出流及淹沒出流。

1、淹沒出流的流量計算公式

當(dāng)ht > hc”時，水躍發(fā)生在收縮斷面上游，為閘孔淹沒出流。

1）底坎為寬頂堰閘孔淹沒出流的水力計算基本公式：

式中：

σs 淹沒系數(shù)

μ 閘孔自由出流流量系數(shù)

b 閘孔寬度

e 閘孔開度

H0 閘孔全水頭

2）據(jù)南京水利科學(xué)研究所的研究，淹沒系數(shù)σs與潛流比(ht - hc” )/(H - hc” )有關(guān)，可由下圖表查得。

2、自由出流的流量計算公式

當(dāng)ht ≤ hc”時，水躍發(fā)生在收縮斷面處或下游，為閘孔自由出流。

底坎為寬頂堰閘孔自由出流的水力計算基本公式：

式中：

μ 寬頂堰型閘孔自由出流流量系數(shù)

b 閘孔寬度

e 閘孔開度

H0 閘孔全水頭

對于平板閘門的閘孔，流量系數(shù)μ可按南京水利科學(xué)研究所的經(jīng)驗公式計算：

二

聲學(xué)多普勒流量計測量法

在測量水閘流量時，可采用聲學(xué)多普勒流量計實現(xiàn)實時在線測流。

1、聲學(xué)多普勒流量計技術(shù)特點

聲學(xué)多普勒流量計是一款接觸式聲學(xué)多普勒測流設(shè)備，尤其適用于濁度大于20mg/L的流體流量測量。具有微功耗、高精度、寬量程等特點，操作簡便，可同時檢測流量、流速、水位、水溫、剩余電量、電壓等多種參數(shù)，能夠很好的滿足用戶對于產(chǎn)品高精度和高穩(wěn)定性的需求。具體技術(shù)特點如下：

1）斷面流速測量：

超聲波探頭的測量截面為橢圓形，覆蓋不同縱深的流速，更接近于斷面流速；

2）測量精度高：

選帶傅里葉變換(Zoom-FFT)算法保證測量結(jié)果穩(wěn)定并具有毫米級別的速度分辨率；

3）結(jié)構(gòu)設(shè)計獨特：

通過專利保護的結(jié)構(gòu)設(shè)計有效防止淤泥堵塞關(guān)鍵測量部位，減少流量計的維護；

4）低功耗設(shè)計：

嵌入式軟硬件整體低功耗設(shè)計、先進的電源管理策略及科學(xué)的工作模式切換；

5）應(yīng)用場景廣：

濁度大于20mg/L的滿管和非滿管流量測量均可，通過選用宏電相關(guān)配件可擴展支持淤積監(jiān)測功能；

6）防護等級高：

IP68防水防塵等級，可滿足各種不同應(yīng)用場合；

7）電路異常保護：

有過電壓保護、浪涌電壓保護及電源極性反接保護，避免操作失誤引起的電氣損壞。

2、流量計算

聲學(xué)多普勒流量計實時采集的流速、水位數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采集處理單元接收到流速、水位數(shù)據(jù)，計算出瞬時流量，記為Qs；再計算出累計流量，記為Q；其流量可按下式計算：

Qs=AV

式中A為管道過水面積，V為斷面平均流速。

Q= QsT

式中Qs斷面瞬時流量，T為累計時長（單位h）。

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