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流速仪法流量测验

时间:2022-11-01 百科知识 版权反馈
【摘要】:流速仪法测流是目前国内外使用最广泛的方法,也是最基本的测流方法。流速仪法主要是用流速仪实测断面上一系列测点流速,并施测断面面积,推求断面流量的一种方法。当流速仪放入水流中,水流作用于流速仪的感应元件时,由于它的迎水面的各部分受到水压力不同而产生压力差,以致形成了一转动力矩,使转子产生转动。转子流速仪是根据水流对流速仪转子的动量传递而进行工作的。当水流流过流速仪转子时,水流直线运动能量产生转子转矩。

流速仪法测流是目前国内外使用最广泛的方法,也是最基本的测流方法。同时,也是评定和衡量各种测流新方法精度的标准。近年来,尽管测流新技术得到迅速的发展,但在今后相当长的时间内还不可能完全取代流速仪法测流。

流速仪法主要是用流速仪实测断面上一系列测点流速,并施测断面面积,推求断面流量的一种方法。由于目前我国大部分测站经常是使用转子式流速仪,所以,一般人们称谓的“流速仪”多是指转子式流速仪。

5.1.1 转子流速仪工作原理。

当流速仪放入水流中,水流作用于流速仪的感应元件(或称转子)时,由于它的迎水面的各部分受到水压力不同而产生压力差,以致形成了一转动力矩,使转子产生转动。旋杯式流速仪上下两只圆锥形杯子所受动水压力大小不同,背水杯1所受水压力P1显然小于迎水杯2的压力P2,所以旋杯盘呈逆时针方向旋转。旋桨式流速仪的桨叶曲面凹凸形状不同,当水流冲击到桨叶上时,所受动水压力也不同,也产生旋转力矩使桨叶转动。

流速仪转子的转速n与流速v之间存在着一定的函数关系v = f ( n )。经大量试验研究证明其关系相当稳定,可以通过检定水槽的实验确定。利用这一关系,在野外测量中,记录转子的转速,就可计算出水流的流速。

转子流速仪是根据水流对流速仪转子的动量传递而进行工作的。当水流流过流速仪转子时,水流直线运动能量产生转子转矩。此转矩克服转子的惯量、轴承等内摩阻,使转子转动。流体力学理论分析,上述各力作用下的运动机理十分复杂,但其综合作用效果却比较简单,即在一定的流速范围内,流速仪转子的转速与水流速度呈简单的近似线性关系。因此,国内外都应用传统的水槽实验方法,建立转子转速与水流速度之间的线性经验公式。尽管使用线性经验公式即可简单地计算出水流速度,但并不意味着转速与水流速度之间存在着数学上的线性关系,而仅说明在一定流速范围内,呈近似的线性关系。公式仅仅是一个经验公式,当流速超出规定范围时,经验公式不成立或误差很大。公式(5-1)为:

式中v —— 流速,m/s;

K —— 常数,值取决于桨叶螺距或杯型;

N —— 时段内的总转数;

t —— 时段历时,s;

c —— 常数,反映转子旋转时的摩阻力;

k、c值均在专用水槽中检定得出。在低速情况下由于c值的影响较大,流速公式呈曲线函数关系,不再使用上式。

转数用计数器显示,最简单的计数器是小电灯、电铃和晶体管音响器。旋桨每转动20圈,开关接通一次,电灯闪光或音响,由人工记数,停表计时,较完善的有电动计数表、电子计数器、计时计数器和直读流速显示器等,这些计数器可用于旋桨每转动1圈有许多讯号的流速仪,能提高测速精度。

5.1.2 流速仪法测流原理

河流横断面上的流速分布是不均匀的。以h代表水深,b代表水面宽,横断面上流速分布可用函数式 v = f ( h , b )表示,则通过全断面的流量可用积分法求得:

Q——全断面流量,m3/s;

v——断面上某一点的流速,m/s;

h——垂线上某一点的水深,m,水深积分变量;

b——断面上某一点的起点距,m,宽度积分变量;

H——垂线水深,m;

B——全断面宽度,m。

用上式计算的流量,相当于流量模型的总体积。因的关系比较复杂,一般很少用积分式推算流量。实际上是把积分式变成有限差的形式推算流量。用若干个垂直于横断面的平面,将流量横切成n块体积,每一体积即为一部分流量q,只要在各测速垂线上测深、测速,q是容易计算的。全断面的流量Q即为:

式中Bi —— 第i条垂线所代表的部分水面宽度,m;

Hi —— 第i条垂线的水深,m;

Vi —— 第i条垂线的平均流速,m/s;,

qi —— 第i部分的部分流量,m3/s;

n —— 所有部分的个数。

上述是流速仪法测流所用的基本方法。实际测流时不可能将部分面积分成无限多,而是分成有限个部分。所以实测流速只是逼近真值,河道测流需时间较长,不能在瞬时完成,因此实测流量是时段的平均值。

可见,测流工作实质上是测量横断面及流速两部分工作的组合。

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