明渠流量测量方法及装置研究

发布时间：2017-03-29 19:08

  本文关键词：明渠流量测量方法及装置研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：明渠广泛运用于工业废水、城市污水、农业灌溉及公路排水系统中。目前，国内外对于明渠流量测量广泛采用流速面积法，但该方法测点多，测量时间长，严重影响了测量的效率。针对以上不足，本文研究了明渠断面的流速分布特征，提出了一种新型明渠流量测量方法，并设计了测量装置。 为了研究明渠断面流速分布，首先通过Solidworks建立了三维模型，采用CFD方法进行了数值模拟，设置不同的入口流速及壁面粗糙度，研究了壁面粗糙度对流速分布和水深的影响。然后根据计算结果分析了断面流速分布的特点，采用最小二乘法建立了断面流速分布模型，并通过实验验证了模型的可靠性。 在建立明渠断面流速分布模型的基础上，提出K修正系数的明渠断面流量测量方法，设计了明渠流量测量装置。装置采用模块化的设计思路，实现了测量系统的硬件和软件设计。在硬件方面设计了PLC控制及其外围电路、特征点定位电路、流速测量电路及液位测量电路，用于断面流速、液位信号的处理；在软件方面设计了PLC控制软件程序，实现信号采样及数据传输；同时采用LabVIEW设计上位机软件，用于明渠断面流量的计算，并实现可视化的实时监控与数据共享。 对设计的装置样机进行实验研究，与堰槽经验公式法及流速面积法测量的结果进行了对比，结果表明该明渠流量测量方法的测量误差优于其他两种方法，可作为明渠流量计的校准装置。 最后，针对明渠流量测量不确定度评定的不足，将拟合的流速分布模型引入不确定度评定中，有效的解决了边壁流速盲区、测点和垂线数不足引入的不确定度分量，实现了测量装置的不确定度评定，结果表明该评定方法具有足够的准确性。
【关键词】：测量装置 流速分布模型 K修正系数 不确定度评定 数值模拟
【学位授予单位】：中国计量学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH814;TP274
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• Abstract7-9
• 目次9-12
• 图清单12-13
• 表清单13-14
• 1 绪论14-26
• 1.1 引言14-15
• 1.2 明渠流量测量及流速分布概述15-23
• 1.2.1 明渠流量测量方法研究现状15-19
• 1.2.2 明渠流速分布研究现状19-23
• 1.3 测量不确定度分析研究现状23-24
• 1.4 课题的研究目的和内容24-25
• 1.5 本文的创新点及研究意义25-26
• 2 总体设计方案26-30
• 2.1 明渠断面数值模拟总体方案26
• 2.2 K 修正系数流量测量方法26-27
• 2.3 测量装置机械结构总体方案27-28
• 2.4 系统硬件总体设计28-29
• 2.5 系统软件总体设计29
• 2.6 小结29-30
• 3 明渠断面数值模拟30-44
• 3.1 基本控制方程30-31
• 3.2 明渠流场模型建立31
• 3.3 网格处理与边界条件的设置31-33
• 3.3.1 网格处理31-32
• 3.3.2 边界条件的设置32-33
• 3.4 计算结果分析33-42
• 3.4.1 断面流速无量纲等值线33-35
• 3.4.2 壁面粗糙度对流速分布的影响35-37
• 3.4.3 壁面粗糙度对摩阻流速和壁面切应力的影响37-38
• 3.4.4 断面流速分布研究38-42
• 3.5 实验数据验证42-43
• 3.6 小结43-44
• 4 系统硬件及其电路设计44-54
• 4.1 传感器选型44-45
• 4.2 PLC 选型及其电路设计45-47
• 4.2.1 PLC 控制器选型45-46
• 4.2.2 PLC 输入/输出接口电路46
• 4.2.3 控制器的接口电路设计46-47
• 4.3 特征点定位电路47-50
• 4.3.1 步进电机选型47-48
• 4.3.2 驱动器选型48
• 4.3.3 电路设计48-50
• 4.4 流速测量电路50-52
• 4.4.1 信号调理电路50-51
• 4.4.2 双计时电路51-52
• 4.5 液位测量电路52-53
• 4.6 小结53-54
• 5 系统软件设计54-67
• 5.1 下位机软件总体设计54-59
• 5.1.1 系统初始化程序55
• 5.1.2 特征点定位程序55-56
• 5.1.3 流速测量程序56-58
• 5.1.4 液位测量程序58-59
• 5.2 上位机软件设计59-66
• 5.2.1 人机交互界面总体设计60
• 5.2.2 登录60-61
• 5.2.3 菜单模式61
• 5.2.4 明渠参数设置61-62
• 5.2.5 测量点设置62
• 5.2.6 测量界面62-65
• 5.2.7 数据查询65-66
• 5.2.8 操作员管理66
• 5.3 小结66-67
• 6 实验研究及数据分析67-74
• 6.1 实验平台介绍67-68
• 6.2 实验研究与数据分析68-73
• 6.2.1 流场流速数据与分析68-69
• 6.2.2 瞬时流量数据与分析69-72
• 6.2.3 明渠流量计校准数据与分析72-73
• 6.3 总结73-74
• 7 不确定度分析74-81
• 7.1 不确定度的分类和评定方法74-75
• 7.2 流量测量的不确定度分析75-79
• 7.2.1 数学模型75-76
• 7.2.2 不确定度分量分析76-79
• 7.3 流量测量的不确定度计算79-80
• 7.3.1 合成标准不确定度79-80
• 7.3.2 扩展不确定度80
• 7.4 小结80-81
• 8 全文总结及展望81-83
• 8.1 全文总结81-82
• 8.2 展望82-83
• 参考文献83-87
• 作者简介87

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 张祥志,王经顺;太湖入湖河流流量简易测量法——中泓一点法[J];环境监测管理与技术;2004年04期

2 董曾南,丁元;光滑壁面明渠均匀紊流水力特性[J];中国科学(A辑 数学 物理学 天文学 技术科学);1989年11期

3 王彦军;李增生;;基于PLC的步进电机控制[J];科学技术与工程;2011年05期

4 王殿常,王兴奎,李丹勋;明渠时均流速分布公式对比及影响因素分析[J];泥沙研究;1998年03期

5 郎理民;贺志岗;苏业助;蔡东安;;流速面积法计算断面流量的探讨[J];人民长江;2009年17期

6 王二平;金辉;王文君;张艳艳;曹兵;;矩形明渠流速分布律及流量自动化测量方法[J];人民黄河;2008年03期

7 万俊;何建京;王泽;;光滑壁面明渠陡坡流速分布特性[J];水动力学研究与进展A辑;2010年01期

8 姚永熙;明渠流量测验方法和自动测流仪器[J];水利水文自动化;2003年01期

9 姚永熙;陆燕;;声学时差法流量计在明渠流量测验中的应用[J];水利水文自动化;2006年01期

10 刘春晶,李丹勋,王兴奎;明渠均匀流的摩阻流速及流速分布[J];水利学报;2005年08期

  本文关键词：明渠流量测量方法及装置研究，由笔耕文化传播整理发布。

，

本文编号：275192