U形渠道浮標(biāo)測流法實(shí)驗(yàn)研究

1、u形渠道浮標(biāo)測流法實(shí)驗(yàn)研究摘 要：本文主要是通過對u形渠道浮標(biāo)測流技術(shù)的研究，得到了不 同淹沒度下浮標(biāo)測流系數(shù)及其流量計(jì)算公式，并將計(jì)算流量與實(shí)測流量進(jìn) 行對比分析，結(jié)果表明，計(jì)算值與實(shí)測值吻合度較好，誤差較小，從而證 明建立的流量計(jì)算公式是合理可靠的，并得出在實(shí)際測流時(shí)選取淹沒度為 0.5的浮標(biāo)（乒乓球）測量結(jié)果較精確，為u形渠道浮標(biāo)測流提供了一定 的依據(jù)。關(guān)鍵詞：u形渠道；浮標(biāo)測流；淹沒度；浮標(biāo)系數(shù)；流量公式abstract: this paper is mainly through the study of u shaped channel flow measurement techno

2、logy, has been under different submergence flow measurement coefficient and flow calculation formula, and the calculated flow and the measured flow were analyzed, results show that, the calculated values and the measured values, the error is small, which proves that the flow the formula is reasonabl

3、e and reliable, and obtained in the actual flow measurement were flooded degree 0.5 buoy (table tennis) measurement more accurate result, provides the basis for the u shaped charrnel flow measurement buoy.keywords: u charmel; flow measurement; submergenee; buoycoefficient; flow formula中圖分類號：tv91文獻(xiàn)標(biāo)識

4、碼：a文章編號：2095-2104 (2013)1引言浮標(biāo)測流法是用于測量水文數(shù)據(jù)資料的有效方法之一，通常在超出流 速儀的測速范圍或者利用流速儀測流比較困難的情況下，結(jié)合測流儀器和 量水設(shè)施進(jìn)行流量觀測。浮標(biāo)測流系數(shù)是影響計(jì)算結(jié)果精度的主要因素之 一。本文通過對u形渠道中浮標(biāo)淹沒度的分析，確定了不同淹沒度下的浮 標(biāo)測流系數(shù)及流量公式，并將計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比，分析了不同 淹沒度下的浮標(biāo)測流精度。2流量公式12流速儀測流原理中指出，通過全斷面的流量為：(1)其屮，對數(shù)流速分布曲線方程(2)則斷面流量(3)式中，為最大流速(m/s),是由計(jì)算得出的虛流量()，為卡爾曼常 數(shù)，為摩阻流速。由(

5、3)式可知虛流量與斷面流量之間存在一定關(guān)系，通常用下式表 示：(4)式中，為浮標(biāo)系數(shù)?？梢?，浮標(biāo)測流的主要是對虛流量和浮標(biāo)系數(shù)的確定。作者簡介：于佳(1986¯),女，陜西西安人，碩士研究生，主 耍從事水力學(xué)及水工建造物方面的研究3試驗(yàn)方法試驗(yàn)在上部直線段梯形、底部圓弧弓形的u形泯凝土明渠中進(jìn)行。試 驗(yàn)渠道深0.6m,長38m,底弧半徑為0. 2m,底弧圓心角為，底弧弓形高 0. 152 m,邊坡系數(shù)0.25,底坡i為0.001。試驗(yàn)選取形狀規(guī)則，質(zhì)量小, 且受力均勻的乒乓球作為浮標(biāo)，通過向乒乓球內(nèi)注水的方式來改變浮標(biāo)淹 沒度。本文將浮標(biāo)淹沒度t定義為球體注水體積與球體體積之

6、比，即(5)取流態(tài)較穩(wěn)定的渠道屮間段20m的距離為浮標(biāo)觀測段，水槽末端通過 調(diào)節(jié)木制擋水板控制測量段水位。在觀測段先后投放三次浮標(biāo)，若前后時(shí) 間差不超過±5%,則取其平均值作為浮標(biāo)歷時(shí)，計(jì)算虛流速。如果各次歷 時(shí)相差過大，則需重測，以保證測定數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性3 4 5。渠道流量采用直角三角形量水堰測定，流量公式為。得到渠道流量后, 根據(jù)公式計(jì)算得到每組流量下的渠道平均流速。4試驗(yàn)結(jié)果及分析本文選取浮標(biāo)淹沒度分別為0、0. 25. 0.5、0. 75和092時(shí)的試驗(yàn)結(jié) 果分析淹沒度的變化對虛流速和浮標(biāo)系數(shù)的影響。當(dāng)淹沒度為0.92時(shí)， 浮標(biāo)正好處于完全淹沒的臨界狀態(tài)。4. 1浮標(biāo)淹沒度變化

7、對虛流速的影響同一流量不同淹沒度下浮標(biāo)測得的虛流速見圖1,圖中為過水?dāng)嗝嫫骄魉?cm/s)；為浮標(biāo)測得的虛流速(cm/s)o圖1浮標(biāo)歷時(shí)數(shù)據(jù)分析由圖1可以看出，同一流量下，虛流速會隨著淹沒度的增大而增大。 這是因?yàn)樽畲罅魉傥恢猛ǔＮ挥谧杂伤嬉韵?，所以隨著浮標(biāo)淹沒度的增 加，虛流速也逐漸接近于最犬流速，因此浮標(biāo)歷時(shí)減小，虛流速增大。由 流量與流速關(guān)系可知，虛流量與虛流速的變化規(guī)律一致。4.2浮標(biāo)淹沒度變化對浮標(biāo)系數(shù)的影響圖2虛流速與斷面平均流速關(guān)系圖圖2為相同淹沒度下虛流速與斷面平均流速的對比。山圖中可以看出 斷面平均流速與虛流速之間存在著止比例線性關(guān)系，由于同一流量下過水 斷面面積保持不變

8、，則由(4)式可知其比例系數(shù)即為浮標(biāo)系數(shù)kfo可以 看出浮標(biāo)系數(shù)隨著淹沒度的增大而減小，與之間的相關(guān)系數(shù)則先變大再減 小，當(dāng)浮標(biāo)淹沒度t二0.5時(shí)，相關(guān)性較好，其它淹沒度下相關(guān)系數(shù)也均在 0.84以上。因此，可以得到不同淹沒度下的u形渠道浮標(biāo)(乒乓球)測流 公式，如表1所示。表1不同淹沒度下浮標(biāo)流量公式4. 3測流誤差分析根據(jù)提出的浮標(biāo)測流公式，將計(jì)算流量與實(shí)測流量進(jìn)行對比分析，結(jié) 果如表2所示?？梢钥闯觯瑢?shí)測值與計(jì)算值z間吻合度較高，平均相對誤 差均小于5%,表明浮標(biāo)測流結(jié)果具有較高的精度。當(dāng)浮標(biāo)淹沒度為0. 5時(shí), 平均相對誤差僅為1.45%,說明在實(shí)際測流時(shí)宜選用填充度為0.5的浮標(biāo) 進(jìn)行測量。表2實(shí)測流量與計(jì)算流量對比5結(jié)論1、通過對不同浮標(biāo)淹沒度的分析，發(fā)現(xiàn)虛流量會隨著浮標(biāo)淹沒度的 增加而增大。2、將相同淹沒度下虛流速與斷面平均流速進(jìn)行對比分析，得到了不 同淹沒度下浮標(biāo)的測流公式,并將實(shí)測值與計(jì)算值進(jìn)行對比分析，驗(yàn)證了 測流公式的可靠性。3、在實(shí)際測流時(shí)建議選取淹沒度為0. 5的浮標(biāo)（乒乓球）進(jìn)行測量。參考文獻(xiàn)1 陳玉璞流體動力學(xué)m.南京:河海大學(xué)出版社，1990.2 呂宏興，裴國霞