CN110441547B - 一种水流流速测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水流流速测量方法，其首先在水流的被测区段沿水流方向埋设两个电导率传感器，并测取两个电导率传感器之间的距离；然后在靠近上游电导率传感器的上游埋设电解质溶液推送装置；再利用电解质溶液推送装置向水流脉冲式推送电解质溶液，与此同时，利用电导率仪和两个电导率传感器同步测量水流电导率随时间的变化；并测取两个电导率传感器出现电导率脉冲的间隔时间；最后用两个电导率传感器之间的距离除以电导率脉冲的间隔时间，即得两个电导率传感器之间的水流流速。本发明提供了新的测量水流流速的方法，而且消除接触式传感器对被测流场的干扰，避免传感器被水流冲击损毁和失效，避免过流面空蚀破坏的风险。

Description

一种水流流速测量方法
技术领域
本发明涉及一种水流流速测量方法。
背景技术
目前流速的测量方法主要有：机械法、皮托管法、热线测速法、多普勒法和粒子图像法。在实际应用中常用的仪器设备有：旋桨流速仪、皮托管、差压传感器、超声波/激光多普勒流速仪等，上述仪器均属于直接接触式测量仪器，在进行流速测量时，流速仪的传感器必须置于被测点位，对被测流场干扰较大，影响测量的准确度。粒子图像测速仪（PIV）属于非接触式测量仪器，是利用示踪粒子反映流场表面流动速度的测量技术，PIV要求示踪粒子的流动跟随性好，粒子的密度尽量等于流体的密度，粒子的直径要在能够被成像系统拍摄到清晰图像的前提下尽可能的小，一般为μm量级。
接触式测量仪器主要存在三个方面的问题：（1）当采用悬臂式的安装支架固定传感器时，安装支架必须有足够的刚度抵抗高速水流的冲击，且不能对流场产生太大的干扰，目前尚没有这样一种可行的安装支架；（2）当利用预埋在混凝土内部的底座安装传感器时，传感器凸出至混凝土表面外，传感器极容易损毁或失效，且凸出的传感器干扰流场，影响测量的准确度；（3）凸出的流速传感器将成为新的空化源，恶化水流，使得过流面存在空蚀破坏的风险。
非接触式测量仪器采用的是粒子成像处理技术，对图像的清晰度要求较高，需要水流表面光滑、流线平顺。然而，高速水流在运动过程中与大气发生强烈剪切，水流表面卷吸破碎、掺气雾化，示踪粒子无法通过现行的成像技术显现在图像上，因此非接触式测量仪器无法在高速水流的速度测量中使用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，针对现有流速测量仪器设备存在的不足，提供一种利用水流电导率的变化测量泄水建筑物水流流速的方法。
为解决上述技术问题，本发明水流流速测量方法包括如下步骤：
1）在水流的被测区段沿水流方向埋设两个电导率传感器，并测取两个电导率传感器之间的距离；
2）在靠近上游电导率传感器的上游埋设电解质溶液推送装置；
3）利用电解质溶液推送装置向水流脉冲式推送电解质溶液，与此同时，利用电导率仪和两个电导率传感器同步测量水流电导率随时间的变化；
4）测取两个电导率传感器出现电导率脉冲的间隔时间；
5）用两个电导率传感器之间的距离除以电导率脉冲的间隔时间，即得两个电导率传感器之间的水流流速。
进一步地，所述电解质溶液为质量百分比浓度为25%的NaCl溶液。
进一步地，在泄水建筑物沿程设置多个所述电导率传感器，且每个所述电导率传感器的上游对应设置一个电解质溶液推送装置，通过电解质溶液推送装置依序推送电解质溶液，分别测量相邻两个电导率传感器之间的距离及电导率脉冲的间隔时间，分别计算相邻两个电导率传感器之间的水流流速，即得泄水建筑物沿程的水流流速变化。
本发明利用电解质溶液推送装置脉冲式地推送电解质溶液，通过测量两个电导率传感器测得的电导率出现脉冲变化的间隔时间，得到电解质溶液在两个电导率传感器之间的迁移时间，当已知两个电导率传感器之间的距离时，可求得电解质溶液的迁移速度，由于电解质溶液融合在水体中，具有完全的跟随性，因此电解质溶液的迁移速度即是水流的运动速度。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明不仅提供了一种新的测量水流流速的方法，而且本发明电解质溶液推送装置可埋置于泄水建筑物的混凝土内，并让电导率传感器与过流面表面平齐，从而消除接触式传感器对被测流场的干扰，避免传感器被水流冲击损毁和失效，且避免过流面空蚀破坏的风险。
2.本发明特别适用于泄水建筑物高速水流水力学原型观测。
附图说明
图1为本发明实施时两个电导率传感器测得的水流电导率变化曲线图。
具体实施方式
以下结合具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
本发明水流流速测量方法实施例一包括下列步骤：
1）在水流的被测区段沿水流方向埋设两个电导率传感器，并测取两个电导率传感器之间的距离为1m；
2）在距离上游电导率传感器的上游50mm处埋设电解质溶液推送装置；
3）利用电解质溶液推送装置向水流脉冲式推送电解质溶液（质量百分比浓度为25%的NaCl溶液），与此同时，利用电导率仪和两个电导率传感器同步测量水流电导率随时间的变化（如图1所示）；
4）比较两个电导率传感器测得的两个位置的电导率脉冲，计算两个脉冲之间的时间间隔为0.03s；
5）用两个电导率传感器之间的距离1m以及电导率脉冲的间隔时间0.03s，求得水流流速为30.3m/s。
本发明水流流速测量方法实施例二大致与实施例一相同，只是在泄水建筑物沿程设置多个电导率传感器，且每个电导率传感器的上游对应设置一个电解质溶液推送装置，通过电解质溶液推送装置依序推送电解质溶液，分别测量相邻两个电导率传感器之间的距离及电导率脉冲的间隔时间，分别计算相邻两个电导率传感器之间的水流流速，得到泄水建筑物沿程的水流流速变化。
以上所述，仅是本申请的较佳实施例，并非对本申请做任何形式的限制，虽然本申请以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。

Claims (3)

1.一种用于泄水建筑物高速水流的流速测量方法，其特征在于包括如下步骤：
1）在水流的被测区段沿水流方向埋设两个与泄水建筑物的过流面表面平齐的电导率传感器，并测取两个电导率传感器之间的距离；
2）在靠近上游电导率传感器的上游埋设电解质溶液推送装置，且所述电解质溶液推送装置埋置于泄水建筑物的混凝土内；
3）利用电解质溶液推送装置向水流脉冲式推送电解质溶液，与此同时，利用电导率仪和两个电导率传感器同步测量水流电导率随时间的变化；
4）测取两个电导率传感器出现电导率脉冲的间隔时间；
5）用两个电导率传感器之间的距离除以电导率脉冲的间隔时间，即得两个电导率传感器之间的水流流速。
2.根据权利要求1所述的一种用于泄水建筑物高速水流的流速测量方法，其特征在于，所述电解质溶液为质量百分比浓度为25%的NaCl溶液。
3.根据权利要求1所述的一种用于泄水建筑物高速水流的流速测量方法，其特征在于，在泄水建筑物沿程设置多个所述电导率传感器，且每个所述电导率传感器的上游对应设置一个电解质溶液推送装置，通过电解质溶液推送装置依序推送电解质溶液，分别测量相邻两个电导率传感器之间的距离及电导率脉冲的间隔时间，分别计算相邻两个电导率传感器之间的水流流速，即得泄水建筑物沿程的水流流速变化。
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