RU135148U1 - MOBILE INSTALLATION FOR MEASURING SPEED AND DIRECTIONS OF WATER FLOW IN OPEN WATERS - Google Patents

MOBILE INSTALLATION FOR MEASURING SPEED AND DIRECTIONS OF WATER FLOW IN OPEN WATERS Download PDF

Info

Publication number
RU135148U1
RU135148U1 RU2013121687/28U RU2013121687U RU135148U1 RU 135148 U1 RU135148 U1 RU 135148U1 RU 2013121687/28 U RU2013121687/28 U RU 2013121687/28U RU 2013121687 U RU2013121687 U RU 2013121687U RU 135148 U1 RU135148 U1 RU 135148U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
flow
ball
working fluid
vertical
water
Prior art date
Application number
RU2013121687/28U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Николай Леонидович Великанов
Владимир Аркадьевич Наумов
Лия Владимировна Маркова
Александра Андреевна Смирнова
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Калининградский государственный технический университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Калининградский государственный технический университет" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Калининградский государственный технический университет"
Priority to RU2013121687/28U priority Critical patent/RU135148U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU135148U1 publication Critical patent/RU135148U1/en

Links

Images

Landscapes

  • Aerodynamic Tests, Hydrodynamic Tests, Wind Tunnels, And Water Tanks (AREA)
  • Indicating Or Recording The Presence, Absence, Or Direction Of Movement (AREA)

Abstract

Мобильное устройство для измерения скорости и направления течения воды в открытых водотоках, содержащее рабочее тело, подвешенное с возможностью вращения вокруг вертикальной оси, средство измерения отклонения от вертикали рабочего тела, средство определения направления течения, отличающееся тем, что в качестве рабочего тела использован металлический шарик, подвешенный на гибком носителе, причем носитель снабжен меткой и прикреплен к штанге, выполненной с метрической разметкой, а средство определения направления течения, являющееся одновременно средством для визуального измерения отклонения шарика от вертикали, выполнено в виде щита с нанесенной на нем градуированной шкалой и закреплено на штанге с возможностью вращения вокруг нее под действием водного потока.A mobile device for measuring the speed and direction of the flow of water in open streams, containing a working fluid suspended from rotation around a vertical axis, a means of measuring deviations from the vertical of the working fluid, means of determining the direction of flow, characterized in that a metal ball is used as the working fluid, suspended on a flexible medium, moreover, the medium is labeled and attached to a rod made with metric marking, and the means for determining the direction of flow, which is about At the same time, a means for visual measurement of the deviation of the ball from the vertical is made in the form of a shield with a graduated scale applied on it and mounted on a bar with the possibility of rotation around it under the influence of a water stream.

Description

Полезная модель относится к области измерения скорости текучих сред и индикации направления движения водных потоков и может найти применения для измерения скорости течения в небольших реках, ручьях, каналах для последующего вычисления коэффициентов шероховатости, расходов воды и выполнения гидравлических расчетов.The utility model relates to the field of measuring the velocity of fluids and indicating the direction of movement of water flows and can find applications for measuring the flow velocity in small rivers, streams, channels for the subsequent calculation of roughness coefficients, water flow rates and hydraulic calculations.

За ближайший аналог принято устройство для определения скорости и направления течения жидкости (RU 2413232, МПК G01Р 5/06, G01V 1/38, 001815/58, G01C 17/32, опубл. 20.09.2010 г.), содержащее последовательно соединенные измерительный блок, приемный блок и блок записи и обработки информации, при этом измерительный блок выполнен в виде герметичного корпуса с лопастями, уравновешивающим поплавком с регулировочным грузом, датчиком скорости и узлом подвеса, закрепленным на снабженном кабельной линией жестком носителе и выполненным с возможностью вращения измерительного блока вокруг вертикальной оси. Корпус снабжен системой обработки и передачи сигналов, содержащей датчик отклонения от направления магнитного поля. Система обработки и передачи сигналов выполнена цифровой, содержит дополнительно датчик отклонения от вертикали, выполненный в виде двухосевого инклинометра, при этом датчик отклонения от направления магнитного поля представляет собой трехосевой электронный компас, а узел подвеса выполнен с возможностью качания вокруг горизонтальной оси.The closest analogue is a device for determining the speed and direction of fluid flow (RU 2413232, IPC G01P 5/06, G01V 1/38, 001815/58, G01C 17/32, published on September 20, 2010) containing a measuring unit connected in series , a receiving unit and an information recording and processing unit, wherein the measuring unit is made in the form of a sealed enclosure with blades, balancing the float with an adjusting weight, a speed sensor and a suspension unit mounted on a rigid carrier equipped with a cable line and configured to rotate the measuring block around a vertical axis. The housing is equipped with a signal processing and transmission system containing a sensor deviation from the direction of the magnetic field. The signal processing and transmission system is digital, it additionally contains a vertical deviation sensor made in the form of a biaxial inclinometer, while the deviation from the magnetic field direction is a three-axis electronic compass, and the suspension unit is designed to swing around a horizontal axis.

К недостаткам вышеописанного устройства можно отнести его высокую стоимость, обусловленную сложностью его изготовления из-за необходимости выполнения корпуса герметичным и источника энергии для работы, что ограничивает его использование при проведении предварительных гидравлических расчетов.The disadvantages of the above device can be attributed to its high cost, due to the complexity of its manufacture due to the need to make the case airtight and an energy source for operation, which limits its use in preliminary hydraulic calculations.

Полезная модель решает задачу снижения стоимости устройства для определения скорости и направления течения жидкости за счет упрощения его конструкции вследствие использования визуального способа измерения отклонения рабочего тела от вертикали и применения найденной величины отклонения в расчетах для определения скорости.The utility model solves the problem of reducing the cost of a device for determining the speed and direction of fluid flow by simplifying its design due to the use of a visual method of measuring the deviation of the working fluid from the vertical and applying the found deviation in the calculations to determine the speed.

Для достижения необходимого технического результата в известном устройстве для измерения скорости и направления течения воды, содержащем рабочее тело, подвешенное с возможностью вращения вокруг вертикальной оси, средство измерения отклонения от вертикали рабочего тела, средство определения направления течения, предлагается в качестве рабочего тела использовать металлический шарик, подвешенный на гибком носителе, причем носитель снабдить меткой и прикрепить к штанге, выполненной с метрической разметкой, а средство определения направления течения, являющееся одновременно средством для визуального измерения отклонения шарика от вертикали, выполнить в виде щита с нанесенной на нем градуированной шкалой, и закрепить на штанге с возможностью вращения вокруг нее под действием водного потока.To achieve the desired technical result in a known device for measuring the speed and direction of the flow of water, containing a working fluid suspended from the vertical axis, means for measuring deviations from the vertical of the working fluid, means for determining the direction of flow, it is proposed to use a metal ball as a working fluid, suspended on a flexible carrier, the carrier being provided with a mark and attached to a rod made with metric marking, and the means for determining the flow phenomena, which is simultaneously a means for visually measuring the deviation of the ball from the vertical, made in the form of a shield with a graduated scale applied on it, and fixed on the bar with the possibility of rotation around it under the influence of a water stream.

На прилагаемых схемах изображено:The attached diagrams show:

на фиг.1 - предлагаемое устройство в спокойном состоянии;figure 1 - the proposed device in a calm state;

на фиг.2 - отклонение рабочего тела от вертикали;figure 2 - the deviation of the working fluid from the vertical;

на фиг.3 - силы, действующие на рабочее тело, при его отклонении от вертикали.figure 3 - the forces acting on the working fluid, when it deviates from the vertical.

На схемах приняты следующие обозначения:The following notation is used in the diagrams:

1 - свободный уровень воды; 2 - штанга, размеченная на дециметры; 3 - носитель; 4 - щит с нанесенной градуированной шкалой; 5 - метка на носителе; 6 - шарик; 7 - дно водотока, 8 - опора, h - высота поднятия метки на носителе под действием течения; h1 - высота поднятия шарика под действием течения; l - расстояние от точки крепления носителя до метки (радиус вращения метки); l1 - длина носителя; T - сила натяжения носителя; G - сила тяжести шарика в воде; F - сила гидродинамического сопротивления шарика натекающему потоку; β - угол отклонения носителя относительно вертикали;1 - free water level; 2 - a bar marked on decimeters; 3 - carrier; 4 - a shield with a graduated scale; 5 - label on the medium; 6 - a ball; 7 - bottom of the watercourse, 8 - support, h - height of the mark on the carrier under the influence of the current; h 1 - the height of the ball under the action of the current; l is the distance from the carrier attachment point to the mark (radius of rotation of the mark); l 1 is the length of the carrier; T is the carrier tension force; G is the gravity of the ball in water; F is the force of the hydrodynamic resistance of the ball to the flowing stream; β is the angle of deviation of the carrier relative to the vertical;

В предлагаемом устройстве (фиг.1) определение скорости и направления течения воды осуществляют следующим образом.In the proposed device (figure 1), the determination of the speed and direction of the flow of water is as follows.

Устройство устанавливается вертикально и закрепляется на дне 7 водотока при помощи опоры 8. Щит 4, который служит средством определения направления течения воды, выполнен с метрической разметкой, в опытном образце применялась дециметровая разметка. Под действием водного потока щит 4, закрепленный на штанге 2 с возможностью вращения вокруг штанги 2, поворачивается и устанавливается параллельно водному потоку, показывая тем самым направление потока подобно флюгеру.The device is installed vertically and secured to the bottom 7 of the watercourse using the support 8. The shield 4, which serves as a means of determining the direction of the flow of water, is made with metric marking, decimetric marking was used in the prototype. Under the influence of the water flow, the shield 4, mounted on the rod 2 with the possibility of rotation around the rod 2, rotates and is installed parallel to the water flow, thereby showing the direction of the flow like a weather vane.

Под действием гидродинамических сил текущей воды, действующих на шарик 6, носитель 3 отклоняется от своего первоначального вертикального положения. Определив по градуированной шкале щита 4 высоту, на которую поднимется метка 5 на носителе 3 относительно горизонтальной плоскости, можно вычислить скорость течения воды.Under the influence of the hydrodynamic forces of the flowing water acting on the ball 6, the carrier 3 deviates from its original vertical position. By determining the height by which the mark 5 on the carrier 3 with respect to the horizontal plane is determined by the graduated scale of the shield 4, the speed of the water flow can be calculated.

Устройство предназначено для проведения измерений скорости течения во всем диапазоне реальных скоростей течения равнинных рек от 0,1-1 м/с.В опытном образце диаметр шарика был равен 2 см, в качестве материала для шарика лучше выбрать алюминий, т.к. при большей плотности материала шарика в указанном диапазоне скоростей течения углы отклонения будут малы, что затруднит визуальное измерение. Высота штанги была равна 1,5 м. Методика и пример расчета.The device is designed to measure the flow velocity over the entire range of real flow velocities of flat rivers from 0.1-1 m / s. In the prototype, the diameter of the ball was 2 cm, it is better to choose aluminum as the material for the ball, because at a higher density of the ball material in the indicated range of flow velocities, the deviation angles will be small, which will complicate the visual measurement. The height of the rod was 1.5 m. Methodology and calculation example.

Значение кинематической вязкости при температуре 20°C, υ=106 м2/с.В диапазоне чисел Рейнольдса Re от 103 до 105 значение коэффициента сопротивления C практически стабильно и можно принять его равным 0,46 (Л.Прандтль Гидроаэромеханика. - М.: Издательство иностранной литературы, 1949. - 529 с).The value of kinematic viscosity at a temperature of 20 ° C, υ = 10 6 m 2 / s. In the range of Reynolds numbers Re from 10 3 to 10 5 the value of the resistance coefficient C is almost stable and can be taken equal to 0.46 (L. Prandtl Hydroaeromechanics. - M .: Publishing house of foreign literature, 1949. - 529 s).

В диапазоне диаметра шарика от 1 до 3 см и скоростей течения воды от 0,1 до 3 м/с числа Рейнольдса принимают значения от 103 до 103.In the range of the diameter of the ball from 1 to 3 cm and water flow velocities from 0.1 to 3 m / s, the Reynolds numbers take values from 10 3 to 10 3 .

Рассмотрим равновесие шарика 6 диаметром d, подвешенного на носителе 3, часть которого вместе с шариком 6 погружена в воду (фиг.1). Длина носителя 3 равна l1, расстояние от точки крепления носителя 3 до метки 5 (радиус вращения метки) l, шарик 6 под действием течения поднимается на высоту h1, метка 5 на носителе под действием течения поднимется на высоту h (фиг.2).Consider the balance of a ball 6 of diameter d suspended on a carrier 3, part of which, together with the ball 6, is immersed in water (Fig. 1). The length of the carrier 3 is l 1 , the distance from the mounting point of the carrier 3 to the mark 5 (radius of rotation of the mark) l, the ball 6 rises to a height h 1 under the action of the flow, the mark 5 on the carrier rises to a height h under the action of the flow (Fig. 2) .

На шарик 6 действует сила натяжения носителя 3 равная Т, сила тяжести шарика 6 в воде равна G и сила гидродинамического сопротивления шарика 6 натекающему потоку жидкости равна F (фиг.3).The ball 6 is affected by the tension force of the carrier 3 equal to T, the gravity of the ball 6 in water is G and the hydrodynamic resistance of the ball 6 to the flowing fluid is F (Fig. 3).

Силы, действующие на носитель, не учитываем.The forces acting on the carrier are not taken into account.

Спроецируем силы, действующие на шарик на оси x и y. ПолучимWe project the forces acting on the ball on the x and y axes. We get

Figure 00000002
Figure 00000002

Figure 00000003
Figure 00000003

где:Where:

F - сила гидродинамического сопротивления шарика натекающему потоку, H;F is the force of the hydrodynamic resistance of the ball to the flowing stream, H;

T - сила натяжения носителя, H;T is the carrier tension force, H;

β - угол отклонения носителя относительно вертикали, градусы;β — carrier deflection angle relative to the vertical, degrees;

G - сила тяжести шарика в воде, H;G is the gravity of the ball in water, H;

Из выражений (1), (2) получимFrom the expressions (1), (2) we obtain

Figure 00000004
Figure 00000004

Известна сила гидродинамического сопротивления шарика натекающему потоку жидкости FThe known force of the hydrodynamic resistance of the ball to the flowing fluid flow F

Figure 00000005
Figure 00000005

где: С - коэффициент сопротивления (Прандтль Л. Гидроаэромеханика. - Ижевск: НИЦ “Регулярная и хаотическая динамика”, 2000, с.260-261);where: C - resistance coefficient (Prandtl L. Hydroaeromechanics. - Izhevsk: Research Center “Regular and chaotic dynamics”, 2000, pp. 260-261);

ρв - плотность воды, кг/м;ρ in - the density of water, kg / m;

V - скорость течения воды в реке, м/с;V is the velocity of the water flow in the river, m / s;

d - диаметр шарика, м;d is the diameter of the ball, m;

π - 3,14.π - 3.14.

Сила тяжести шарика в воде GGravity of a ball in water G

Figure 00000006
Figure 00000006

где: ρш - плотность материала шарика, кг/м;where: ρ W - the density of the material of the ball, kg / m;

g - ускорение свободного падения, м/с2;g is the acceleration of gravity, m / s 2 ;

ρв - плотность воды, кг/м3;ρ in - the density of water, kg / m 3 ;

d - диаметр шарика, м;d is the diameter of the ball, m;

π - 3,14.π - 3.14.

Из выражений (3)-(5) скорость течения воды в реке VFrom expressions (3) - (5), the velocity of water flow in the river V

Figure 00000007
Figure 00000007

где: ρo=(ρшв)- относительная плотность материала шарика.where: ρ o = (ρ ш / ρ в ) is the relative density of the ball material.

Согласно схеме на фиг.3:According to the diagram in figure 3:

Figure 00000008
Figure 00000008

где: h - высота поднятия шарика под действием течения, м;where: h is the height of the ball under the action of the current, m;

l - длина носителя, м.l is the length of the carrier, m

Из выражений (6)-(7)From expressions (6) - (7)

Figure 00000009
Figure 00000009

где, V - скорость течения воды в реке, м/с;where, V is the velocity of the water flow in the river, m / s;

С - коэффициент сопротивления (Прандтль Л. Гидроаэромеханика. - Ижевск: НИЦ “Регулярная и хаотическая динамика”, 2000, с.260-261);С - resistance coefficient (Prandtl L. Hydroaeromechanics. - Izhevsk: Research Center “Regular and chaotic dynamics”, 2000, pp. 260-261);

ρо=(ρшв) - относительная плотность материала шарика;ρ about = (ρ W / ρ in ) is the relative density of the ball material;

d - диаметр шарика, м;d is the diameter of the ball, m;

g - ускорение свободного падения, м/с2;g is the acceleration of gravity, m / s 2 ;

h - высота поднятия шарика под действием течения, м;h is the height of the ball under the action of the current, m;

l - длина носителя, м.l is the length of the carrier, m

Рассмотрим пример расчета для алюминиевого шарика.Consider an example calculation for an aluminum ball.

Пусть С=0,46, ρ0=2.7, d=0,02 м, g=9,81 м/с2,l=0,2 м, h=0,07 м. Определим скорость течения воды V.Let C = 0.46, ρ 0 = 2.7, d = 0.02 m, g = 9.81 m / s 2 , l = 0.2 m, h = 0.07 m. Let us determine the flow velocity of water V.

Подставив заданные значения в выражение (6), получимSubstituting the given values into expression (6), we obtain

Figure 00000010
Figure 00000010

Из выражения (9) V=0,414 м/с.From the expression (9), V = 0.414 m / s.

Предлагаемая полезная модель является исключительно простым, а следовательно, очень дешевым мобильным устройством для определения значений скорости течения и направления течения в открытых водотоках. Измерив визуально отклонение рабочего тела от вертикали по предложенной методике легко рассчитывается скорость течения.The proposed utility model is extremely simple, and therefore, a very cheap mobile device for determining the values of the current velocity and direction of the current in open streams. By visually measuring the deviation of the working fluid from the vertical, the current velocity is easily calculated using the proposed technique.

Claims (1)

Мобильное устройство для измерения скорости и направления течения воды в открытых водотоках, содержащее рабочее тело, подвешенное с возможностью вращения вокруг вертикальной оси, средство измерения отклонения от вертикали рабочего тела, средство определения направления течения, отличающееся тем, что в качестве рабочего тела использован металлический шарик, подвешенный на гибком носителе, причем носитель снабжен меткой и прикреплен к штанге, выполненной с метрической разметкой, а средство определения направления течения, являющееся одновременно средством для визуального измерения отклонения шарика от вертикали, выполнено в виде щита с нанесенной на нем градуированной шкалой и закреплено на штанге с возможностью вращения вокруг нее под действием водного потока.
Figure 00000001
A mobile device for measuring the speed and direction of the flow of water in open streams, containing a working fluid suspended from rotation around a vertical axis, a means of measuring deviations from the vertical of the working fluid, means of determining the direction of flow, characterized in that a metal ball is used as the working fluid, suspended on a flexible medium, moreover, the medium is labeled and attached to a rod made with metric marking, and the means for determining the direction of flow, which is about At the same time, a means for visually measuring the deviation of the ball from the vertical is made in the form of a shield with a graduated scale applied on it and mounted on a bar with the possibility of rotation around it under the influence of a water stream.
Figure 00000001
RU2013121687/28U 2013-05-08 2013-05-08 MOBILE INSTALLATION FOR MEASURING SPEED AND DIRECTIONS OF WATER FLOW IN OPEN WATERS RU135148U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013121687/28U RU135148U1 (en) 2013-05-08 2013-05-08 MOBILE INSTALLATION FOR MEASURING SPEED AND DIRECTIONS OF WATER FLOW IN OPEN WATERS

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013121687/28U RU135148U1 (en) 2013-05-08 2013-05-08 MOBILE INSTALLATION FOR MEASURING SPEED AND DIRECTIONS OF WATER FLOW IN OPEN WATERS

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU135148U1 true RU135148U1 (en) 2013-11-27

Family

ID=49625583

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013121687/28U RU135148U1 (en) 2013-05-08 2013-05-08 MOBILE INSTALLATION FOR MEASURING SPEED AND DIRECTIONS OF WATER FLOW IN OPEN WATERS

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU135148U1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113777347A (en) * 2021-09-13 2021-12-10 鞍钢股份有限公司 Fluid full-flow indicator

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113777347A (en) * 2021-09-13 2021-12-10 鞍钢股份有限公司 Fluid full-flow indicator

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Walker Physical and logistical considerations of using ultrasonic anemometers in aeolian sediment transport research
CN103499706B (en) Torsion balance type flow measuring apparatus and measuring method thereof
CN103134472B (en) Measuring device capable of monitoring wave height and frequency of river and sea waves in real time
JP4672605B2 (en) Sea state measurement method by super buoy
Marchant et al. A buoyant tethered sphere for marine current estimation
JP4009696B2 (en) Fluid flow rate calculation method
CN101293560A (en) Floating body carrier platform
RU135148U1 (en) MOBILE INSTALLATION FOR MEASURING SPEED AND DIRECTIONS OF WATER FLOW IN OPEN WATERS
JPH03501407A (en) Asymmetric displacement flow meter
Kjelldorff et al. Water current measurements using oceanographic bottom lander LoTUS
WO2013003081A1 (en) An inexpensive instrument for measuring wave exposure and water velocity
Arnott et al. Friction dominated exchange in a Florida estuary
US3367181A (en) Directional wave spectra measuring devices
US4091666A (en) Combined housing and standard for water flow meters
CN204329960U (en) Based on the inclination angle dynamic measurement device of weight
McMillan Turbulence Measurements in a High Reynolds Number Tidal Channel
CN209028093U (en) A kind of pressure swing three-dimensional tests the speed direction-finding device
CN203519638U (en) Torsion balance type flow measuring instrument
Thwaites et al. Development of a second-generation Ice Tethered Profiler with velocity sensor
Babanin et al. Wind measurements near the surface of waves
GB2210697A (en) Asymmetrical displacement flowmeter
McCullough Problems in measuring currents near the ocean surface
CN108534845A (en) Open channel flow rate measurement device and assay method
Patterson et al. INSTRUMENTATION OF A WEC DEVICE FOR CONTROLS TESTING.
Lueck et al. Hub-height time series measurements of velocity and dissipation of turbulence kinetic energy in a tidal channel

Legal Events

Date Code Title Description
MM1K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20140509