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基于毕托管原理的明渠便携式测流装置的研究

河南水利与南水北调 2024年第5期 86-87页

作者：许苗苗周义仁山西水利职业技术学院太原理工大学水利科学与工程学院

随着水利信息化的发展，对明渠流量测量的精确度要求也越来越高，但明渠测流依然存在一系列困难，为了提高测流精度，降低测流装置成本，设计了基于毕托管原理的便携式测流装置，结合差压式传感器与单片机控制器相结合。基于毕托管原理... 详细信息

随着水利信息化的发展，对明渠流量测量的精确度要求也越来越高，但明渠测流依然存在一系列困难，为了提高测流精度，降低测流装置成本，设计了基于毕托管原理的便携式测流装置，结合差压式传感器与单片机控制器相结合。基于毕托管原理，将差压信号通过AD转换功能，经STC12C5A60S2单片机处理，通过换算程序将测量值显示在液晶屏上或者上位机显示，从而实现流量的在线监测，为明渠测流提供新型的测流方法。

关键词：明渠测流毕托管单片机在线监测

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扭矩式明渠测流方法的研究

节水灌溉 2023年第5期 62-66,74页

作者：王慧强周义仁太原理工大学水利科学与工程学院太原030024

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... 详细信息

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。

关键词：明渠测流扭矩扭矩式明渠测流矩形渠道圆柱绕流

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多层多摆杆式明渠测流装置的设计与研究

多层多摆杆式明渠测流装置的设计与研究

作者：王鹏莉太原理工大学

学位级别：硕士

我国是一个水资源极其匮乏的国家,作为一个农业大国,农业灌溉用水量占水资源总量的比重很大,严重加剧了我国水资源的供需矛盾,因此,提高农业用水效率,是实现水资源可持续发展的迫切需要,而精准量水又是提高农业用水效率的重要措施。为... 详细信息

我国是一个水资源极其匮乏的国家,作为一个农业大国,农业灌溉用水量占水资源总量的比重很大,严重加剧了我国水资源的供需矛盾,因此,提高农业用水效率,是实现水资源可持续发展的迫切需要,而精准量水又是提高农业用水效率的重要措施。为了提高灌区量水的精度,基于灌区量水的发展现状,本文提出一种多层多摆杆式明渠自动测流方法,并从理论、试验和数值模拟三方面对装置的测流特性进行研究,得到以下结论:1、通过查阅大量文献资料,在前人研究的基础上对多层多摆杆式明渠测流装置进行机械结构设计和电气系统设计。装置的结构设计主要是将测流摆杆、传感器、单片机等部件组合到一起;电气系统设计是根据装置所需功能,完成以nRF52810型号处理器为核心的硬件系统搭建,通过蓝牙功能将手机软件与测流装置连接,实现从手机软件实时查看流量数据的功能。2、通过对多层多摆杆式测流装置原理进行力矩分析,确定出影响摆杆摆动角度的主要因素,包括过水断面流量、摆杆密度、摆杆长度、摆杆直径、水流密度、水位高度、渠道底坡、渠道糙率等;利用量纲分析法对这些影响因素进行推导,得到当渠道参数及摆杆参数不变时,流量与三根摆杆摆动角度的关系式为:Q=K(sinθ)+K(sinθ)+K(sinθ)+C。3、通过试验确定出三根摆杆之间互不影响的最短距离为50cm,在此基础上,将三根摆杆摆动角度随流量变化的数据进行拟合,求得测流公式的待定系数,确定出装置的测流公式,其相关系数在0.996以上,验证了测流公式的可行性。4、比较单杆和多摆杆拟合公式的相关系数,得到多摆杆所对应测流公式的拟合度更高。这是因为在测流时,三根摆杆处于不同的过水断面,且摆动角度不同,实现了分层测流的目的,故精确度更高。5、利用Flow-3D软件对该装置的水流性能进行数值模拟,将模拟结果与试验结果进行对比,得到其相对误差均小于5%,说明模拟效果较好且准确性较高,表明利用数值模拟方法对该装置的测流过程进行研究具有可行性。本文利用三种方法对多层多摆杆式明渠测流装置进行研究,相互补充及验证,最终证明了该装置的可行性,为灌区精准量水提出一种可行的办法。

关键词：明渠测流角度流量数值模拟多层多摆杆

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横向摆杆式明渠测流方法的研究

横向摆杆式明渠测流方法的研究

作者：范恬太原理工大学

学位级别：硕士

我国的水资源短缺现象十分严重,淡水资源储存量仅是全世界总储存量的百分之六,水资源不足这一原因已经在各行各业中产生了巨大的影响,严重限制了我国的经济发展。灌溉用水是我国的农业用水大户,灌区精准量水技术是准确控制灌溉用水水量... 详细信息

我国的水资源短缺现象十分严重,淡水资源储存量仅是全世界总储存量的百分之六,水资源不足这一原因已经在各行各业中产生了巨大的影响,严重限制了我国的经济发展。灌溉用水是我国的农业用水大户,灌区精准量水技术是准确控制灌溉用水水量的关键环节,灌区精准测量的意义在于为合理分配水资源、提高灌溉用水效率提供可靠的计量依据,因此研发结构简单、使用方便、测流精度高的量水设施显得尤为重要。本文通过查阅大量的文献资料、吸取前人经验,提出了一种横向摆杆式明渠测流方法,并依据此方法设计了一套适用于矩形渠道的横向摆杆式明渠测流装置,用来测量渠道中的过水断面流量。课题通过理论分析、测流实验与仿真模拟三种方法相结合的方式对该装置的测流特性及测流过程中渠道水流的水力特性进行了研究,得到了以下结论:1、从圆柱绕流理论出发,通过对该装置在渠道水流中的平衡状态进行受力分析可知摆杆转动角度与过水断面流速之间存在对应关系,在此基础上进行量纲分析,推导出该装置的通用测流公式v=K g1/2L1/2sin1/2θ,并通过流速面积法计算断面流量Q。2、通过对横向摆杆式明渠测流装置在不同工况下进行测流实验来探究其测流性能,得到了以下结论:(1)依据测流公式v=K g1/2L1/2sin1/2θ,利用ORIGIN函数绘图软件对摆杆转动角度θ与流速v进行线性拟合,线性相关系数最高为0.9926,最低为0.9874,平均线性相关系数为0.9898,线性相关程度较高,说明该测流公式可以精确地反映摆杆转动角度θ与流速v之间的关系。(2)采用相对误差对实测流量与理论流量进行对比分析,其最大相对误差为4.70%,最小相对误差为1.28%,平均测量误差为2.85%,测量精度较高。3、利用计算流体力学软件FLUENT对横向摆杆式明渠测流装置的测流过程进行仿真模拟,综合分析该装置的测流性能及在测流过程中渠道水流的水力特性,得到了以下结论:(1)将不同断面处的水面高度绘制成水面曲线,发现在同一实验工况的不同流量条件下,矩形渠道内的沿程水位高度变化规律基本一致,均呈现先降低再升高的变化趋势,水面线整体高度随着流量的增大也逐渐上涨;通过分析不同时刻渠道内的水面线变化情况,发现在水流靠近摆杆的过程中,由于受到摆杆对水流的扰动,产生绕流现象,水面线略有下降;在水流远离摆杆的过程中,摆杆对水流的扰动越来越小,因此水面线略微上升,在达到一定高度后水面线逐渐趋于稳定。(2)采取对数函数、抛物线函数以及双幂律函数这三种常见的垂向流速分布函数对渠道过水断面中的垂向流速分布进行拟合并分析这三种垂向流速分布函数与实际渠道中的垂向流速分布规律的相关性,结果表明,抛物线函数的平均相关系数最高,说明其拟合效果最好,最能体现实际渠道中水流的垂向流速分布规律;采取乘幂函数和抛物线函数这两种常见的横向流速分布函数对渠道过水断面中的横向流速分布进行拟合并分析这两种横向流速分布函数与实际渠道中的横向流速分布规律的相关性,结果表明,抛物线函数的平均相关系数高于乘幂函数的平均相关系数,说明抛物线函数对横向流速的拟合效果比乘幂函数的拟合效果好,更能体现实际渠道中水流的横向流速分布规律。(3)利用能量方程对横向摆杆式明渠测流装置产生的水头损失进行探究,结果表明此测流装置产生的水头损失较小,最大相对水头损失比仅为6%,且随着流量的增加,相对水头损失比也逐渐减小。本文设计了一套横向摆杆式明渠测流装置,该装置整体可拆卸、组装方便、简单便携,且测流精度较高,可实现无线数据传输,是一种新型灌区测流工具,具有良好的应用前景。

关键词：明渠测流横向摆杆仿真模拟测流精度水面线速度场

横向摆杆式明渠测流方法在矩形渠道中的应用研究

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节水灌溉 2022年第1期 62-66,73页

作者：范恬周义仁太原理工大学水利科学与工程学院太原030024

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... 详细信息

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,综合分析该装置的测流性能及在测流过程中渠道水流的水力特性。对物理实验结果进行分析,发现测流公式的测流误差小于5%;对模拟仿真结果进行处理,发现矩形渠道过水断面中垂向流速分布随着水深的增加呈现出先增大后减小的趋势,最大流速位于水面以下;横向流速分布特点为中间大,两侧小,且边壁处的流速为0,符合水力学中的基本原理。研究结果表明该测流方法的测流精度符合取水计量的规定且横向摆杆装置对流场的扰动较小。

关键词：明渠测流横向摆杆模拟仿真测流精度水面线

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压力式明渠测流装置的数值模拟研究

节水灌溉 2020年第12期 6-9,16页

作者：钟凯月周义仁太原理工大学水利科学与工程学院太原030024

为了提高灌区的测流精度,降低测流的成本和人力投入,以伯努利方程为测流原理,制作了一种压力式明渠测流装置。基于Fluent软件,利用VOF方法和Realizable k-ε模型对压力式明渠测流装置在矩形渠道中的水力特性进行数值计算,得到的数据在... 详细信息

为了提高灌区的测流精度,降低测流的成本和人力投入,以伯努利方程为测流原理,制作了一种压力式明渠测流装置。基于Fluent软件,利用VOF方法和Realizable k-ε模型对压力式明渠测流装置在矩形渠道中的水力特性进行数值计算,得到的数据在后处理软件中进行处理、分析,同时进行试验验证。研究表明:渠道水流自由液面横向流速从中心到渠道两侧边壁逐渐减小,中心断面垂向流速从渠道底部到自由液面先增大后减小,且最大流速点位于自由液面以下;渠道水流在压力式明渠测流装置下游区形成涡旋;模拟得到的不同位置处流速与试验流速最大误差不超过4.08,最小仅为0.29;在矩形渠道中,压力式明渠测流装置的模拟流量值与实际流量值误差小于3,可以满足测流精度的要求,证明了数值模拟的可行性。

关键词：明渠测流数值模拟压力式传感器测流精度

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基于稀释法的矩形明渠自动测流研究

节水灌溉 2020年第7期 85-88页

作者：胡琳君周义仁太原理工大学水利科学与工程学院太原030024

为了探索基于稀释法的自动测流装置在矩形明渠中的测流精度及影响因素,利用YD-1H型盐度计测量示踪剂溶液投入前后矩形明渠水流的盐度变化,可得到各个时段水流的盐度值。基于稀释法的自动测流装置结合了YD-1H型盐度计与物联网云平台,自... 详细信息

为了探索基于稀释法的自动测流装置在矩形明渠中的测流精度及影响因素,利用YD-1H型盐度计测量示踪剂溶液投入前后矩形明渠水流的盐度变化,可得到各个时段水流的盐度值。基于稀释法的自动测流装置结合了YD-1H型盐度计与物联网云平台,自动测量水流盐度,从而得出流量QC-1V/∫T-0(C-2-C-0)d t。通过观察电磁流量计的流量以及对实验测流数据的分析,结果发现,基于稀释法的自动测流装置得到的流量与矩形明渠中实际流量平均相对误差在4以内,符合明渠测流装置测量精度的要求,进一步证明了基于稀释法的自动测流装置的可行性,具有一定的推广应用价值。

关键词：稀释法明渠测流自动测流盐度计

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大型明渠测流的电磁感应法

人民黄河 2000年第1期22卷 36-38页

作者：马中元汪平丁玉合开封流量计厂河南开封475000 开封市黄河河务局河南开封475000

黄河流域的众多引水口测流，具有含泥沙量大、易沉淀淤积河床、漂浮物多、水量变化范围大、水路形状不规则等特点。在众多测流方法中，电磁感应原理的流量测量方法有着其他测流方法不可比拟的优越性。主要介绍了明渠全渠宽线圈的电磁感... 详细信息

黄河流域的众多引水口测流，具有含泥沙量大、易沉淀淤积河床、漂浮物多、水量变化范围大、水路形状不规则等特点。在众多测流方法中，电磁感应原理的流量测量方法有着其他测流方法不可比拟的优越性。主要介绍了明渠全渠宽线圈的电磁感应法流量测量的原理、方法、应用特点，并从原理和实际应用等方面，与超声波测流法作了比较。

关键词：明渠测流电磁感应法声波线流速流量测量

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稀释法明渠自动测流系统的研究

稀释法明渠自动测流系统的研究

作者：胡琳君太原理工大学

学位级别：硕士

众所周知,水资源是人类最宝贵的财富之一,特别是人们日常生活所需的淡水资源,是保障国家农业、工业和社会幸福指数的关键。我国是一个严重缺水的国家,水资源多用于农业灌溉,节约用水的关键在于提高农业用水效率。明渠测流精度不足、测... 详细信息

众所周知,水资源是人类最宝贵的财富之一,特别是人们日常生活所需的淡水资源,是保障国家农业、工业和社会幸福指数的关键。我国是一个严重缺水的国家,水资源多用于农业灌溉,节约用水的关键在于提高农业用水效率。明渠测流精度不足、测流设备昂贵笨重以及测流过程的水头损失大等问题还有待解决。因此,方便快捷、自动和精准的明渠流量监测是论文研究的方向。为提高我国的水资源监控能力,将灌区明渠测流与物联网云平台相结合,通过进行硬件和软件设计,实现测流过程的自动化和信息化,实时、在线监测明渠流量值,这不仅方便了数据读取和储存,还可以提高明渠的测流精度。本论文在现有明渠测流方法和装置的基础上,考虑了测流设备的精度、产品价格和便捷性,研发了一种基于稀释法的明渠自动测流装置,将YD-1H盐度计和物联网云平台相结合,实现了明渠流量的实时在线观测,为明渠测流提供了一种新的方法。本论文主要的研究内容以及得出的结论包括以下几项:(1)需要研发一种自动测流装置,用该装置实现明渠自动测流,能在测流现场观测明渠流量;(2)需要将明渠自动测流装置与物联网云平台相结合,形成明渠自动测流系统,达到实时在线显示浓度C与时间t的关系曲线和明渠流量的目的,能在远程计算机观测明渠流量;(3)研究明渠的断面形状对自动测流装置测流精度的影响,得出用该系统测流不需要考虑断面形状的结论;研究方法是通过可行性研究实验验证该系统的可行性,进行实验室实验和现场实验,测得的明渠流量与对比实验测得明渠测量比较,分析该装置的测流精度;研究目的是设计一种基于稀释法的明渠自动测流系统,提高灌区明渠测流的自动化水平、测流精度以及装置的适用性。通过进行实验室测流实验和现场测流实验,验证了该自动测流装置满足现有明渠测流装置的精度要求,同时验证了该装置的测流精度不受明渠断面形状的影响。本论文研发的基于稀释法的明渠自动测流装置价格低廉、易携带、测流误差小、操作便捷、能实时在线观测数据,具有一定的推广和应用价值,对明渠测流的发展具有一定的促进作用。

关键词：明渠测流云平台精度自动化稀释法