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    传感智库丨闸孔出流的流量计算

    2020/5/28 15:08:10
    水闸是为城市供水、工农业生产供水、防洪、防潮、排涝等方面服务的重要基础设施，在社会经济发展中发挥着重要作用。为了进行水闸的科学调度，需要对其过间流量进行测算。
     

    一

    水力学法

     
    在测算闸孔出流的流量，可使用水力学法。根据闸门上下游水位及闸门开度，通过水位、闸位、流量关系曲线求出对应的过水流量。
     
    闸孔出流受水跃位置影响可分为自由出流及淹没出流。
     

    1、淹没出流的流量计算公式

     
    当ht > hc”时，水跃发生在收缩断面上游，为闸孔淹没出流。
     

     
    1）底坎为宽顶堰闸孔淹没出流的水力计算基本公式：
     

    式中：  
    σs 淹没系数
    μ 闸孔自由出流流量系数
    b 闸孔宽度 
    e 闸孔开度
    H0 闸孔全水头
     

     
    2）据南京水利科学研究所的研究，淹没系数σs与潜流比(ht - hc” )/(H - hc” )有关，可由下图表查得。
     

     

    2、自由出流的流量计算公式

     
    当ht ≤ hc”时，水跃发生在收缩断面处或下游，为闸孔自由出流。
     
    底坎为宽顶堰闸孔自由出流的水力计算基本公式：
     

    式中：
    μ 宽顶堰型闸孔自由出流流量系数
    b 闸孔宽度  
    e 闸孔开度
    H0 闸孔全水头

     

     

     
    对于平板闸门的闸孔，流量系数μ可按南京水利科学研究所的经验公式计算： 
     

     

    二

    声学多普勒流量计测量法

     
    在测量水闸流量时，可采用声学多普勒流量计实现实时在线测流。
     

    1、声学多普勒流量计技术特点

     
    声学多普勒流量计是一款接触式声学多普勒测流设备，尤其适用于浊度大于20mg/L的流体流量测量。具有微功耗、高精度、宽量程等特点，操作简便，可同时检测流量、流速、水位、水温、剩余电量、电压等多种参数，能够很好的满足用户对于产品高精度和高稳定性的需求。具体技术特点如下：
     
    1）断面流速测量：
    超声波探头的测量截面为椭圆形，覆盖不同纵深的流速，更接近于断面流速；
     
    2）测量精度高：
    选带傅里叶变换(Zoom-FFT)算法保证测量结果稳定并具有毫米级别的速度分辨率；
     
    3）结构设计独特：
    通过专利保护的结构设计有效防止淤泥堵塞关键测量部位，减少流量计的维护；
     
    4）低功耗设计：
    嵌入式软硬件整体低功耗设计、先进的电源管理策略及科学的工作模式切换；
     
    5）应用场景广：
    浊度大于20mg/L的满管和非满管流量测量均可，通过选用球盟会相关配件可扩展支持淤积监测功能；
     
    6）防护等级高：
    IP68防水防尘等级，可满足各种不同应用场合；
     
    7）电路异常保护：
    有过电压保护、浪涌电压保护及电源极性反接保护，避免操作失误引起的电气损坏。
     

     

    2、流量计算

     
    声学多普勒流量计实时采集的流速、水位数据，数据采集处理单元接收到流速、水位数据，计算出瞬时流量，记为Qs；再计算出累计流量，记为Q；其流量可按下式计算：
     
    Qs=AV
    式中A为管道过水面积，V为断面平均流速。
     
    Q= QsT

    式中Qs断面瞬时流量，T为累计时长（单位h）。

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