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傳感智庫丨閘孔出流的流量計算

2020/5/28 15:08:10
水閘是為城市供水、工農業生產供水、防洪、防潮、排澇等方面服務的重要基礎設施，在社會經濟發展中發揮著重要作用。為了進行水閘的科學調度，需要對其過間流量進行測算。
 

一

水力學法

 
在測算閘孔出流的流量，可使用水力學法。根據閘門上下游水位及閘門開度，通過水位、閘位、流量關系曲線求出對應的過水流量。
 
閘孔出流受水躍位置影響可分為自由出流及淹沒出流。
 

1、淹沒出流的流量計算公式

 
當ht > hc”時，水躍發生在收縮斷面上游，為閘孔淹沒出流。
 

 
1）底坎為寬頂堰閘孔淹沒出流的水力計算基本公式：
 

式中：  
σs 淹沒系數
μ 閘孔自由出流流量系數
b 閘孔寬度 
e 閘孔開度
H0 閘孔全水頭
 

 
2）據南京水利科學研究所的研究，淹沒系數σs與潛流比(ht - hc” )/(H - hc” )有關，可由下圖表查得。
 

 

2、自由出流的流量計算公式

 
當ht ≤ hc”時，水躍發生在收縮斷面處或下游，為閘孔自由出流。
 
底坎為寬頂堰閘孔自由出流的水力計算基本公式：
 

式中：
μ 寬頂堰型閘孔自由出流流量系數
b 閘孔寬度  
e 閘孔開度
H0 閘孔全水頭

 

 

 
對于平板閘門的閘孔，流量系數μ可按南京水利科學研究所的經驗公式計算： 
 

 

二

聲學多普勒流量計測量法

 
在測量水閘流量時，可采用聲學多普勒流量計實現實時在線測流。
 

1、聲學多普勒流量計技術特點

 
聲學多普勒流量計是一款接觸式聲學多普勒測流設備，尤其適用于濁度大于20mg/L的流體流量測量。具有微功耗、高精度、寬量程等特點，操作簡便，可同時檢測流量、流速、水位、水溫、剩余電量、電壓等多種參數，能夠很好的滿足用戶對于產品高精度和高穩定性的需求。具體技術特點如下：
 
1）斷面流速測量：
超聲波探頭的測量截面為橢圓形，覆蓋不同縱深的流速，更接近于斷面流速；
 
2）測量精度高：
選帶傅里葉變換(Zoom-FFT)算法保證測量結果穩定并具有毫米級別的速度分辨率；
 
3）結構設計獨特：
通過專利保護的結構設計有效防止淤泥堵塞關鍵測量部位，減少流量計的維護；
 
4）低功耗設計：
嵌入式軟硬件整體低功耗設計、先進的電源管理策略及科學的工作模式切換；
 
5）應用場景廣：
濁度大于20mg/L的滿管和非滿管流量測量均可，通過選用宏電相關配件可擴展支持淤積監測功能；
 
6）防護等級高：
IP68防水防塵等級，可滿足各種不同應用場合；
 
7）電路異常保護：
有過電壓保護、浪涌電壓保護及電源極性反接保護，避免操作失誤引起的電氣損壞。
 

 

2、流量計算

 
聲學多普勒流量計實時采集的流速、水位數據，數據采集處理單元接收到流速、水位數據，計算出瞬時流量，記為Qs；再計算出累計流量，記為Q；其流量可按下式計算：
 
Qs=AV
式中A為管道過水面積，V為斷面平均流速。
 
Q= QsT

式中Qs斷面瞬時流量，T為累計時長（單位h）。