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 PDFInfo
- 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
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
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
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
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
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
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
Известна сила гидродинамического сопротивления шарика натекающему потоку жидкости FThe known force of the hydrodynamic resistance of the ball to the flowing fluid flow F
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
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
где: ρo=(ρш/ρв)- 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:
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)
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=(ρш/ρв) - 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
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)
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)
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 |
-
2013
- 2013-05-08 RU RU2013121687/28U patent/RU135148U1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
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 |