斜管式沉沙池流场信息及泥沙运移特性测量方法与系统技术方案

本发明专利技术提供一种斜管式沉沙池流场信息及泥沙运移特性测量方法与系统，所述方法包括：分别采集目标斜管式沉沙池内多个测点处的单点三维瞬时流速、单点浊度信息以及各所述测点至池底沉沙表面的垂直距离信息；基于所述单点三维瞬时流速，分别计算各所述测点在三个对应维度方向的两相流流场信息，并基于所述单点浊度信息和所述垂直距离信息，计算所述目标斜管式沉沙池内的泥沙运移特性；其中，各所述测点是通过在所述目标斜管式沉沙池中的所述三个对应维度方向上分别设置多个测量断面选取的。本发明专利技术能够有效测量斜管式沉沙池的完整水沙两相流流场信息与泥沙运移特性，从而为斜管式沉沙池结构形式的进一步优化提供更可靠的技术依据。

Measuring method and system for flow field information and sediment transport characteristics of inclined tube sand settling tank

The present invention provides a measuring method and system for flow field information and sediment transport characteristics of inclined tube sedimentation tank. The method includes: collecting instantaneous velocity and turbidity information of a single point at a plurality of measuring points in a target inclined tube sedimentation tank respectively, and the vertical distance information from the measuring point to the sediment surface at the bottom of the tank; A single point three-dimensional instantaneous velocity is used to calculate the two-phase flow field information of each measuring point in three corresponding dimension directions, and the sediment transport characteristics in the target inclined-tube sedimentation tank are calculated based on the single point turbidity information and the vertical distance information, wherein the measuring points are sediment sinking through the target inclined-tube sedimentation tank. The three corresponding dimension directions in the pool are respectively set with several measuring sections. The invention can effectively measure the flow field information and the sediment transport characteristics of the complete water-sediment two-phase flow in the inclined pipe type sedimentation tank, thereby providing a more reliable technical basis for the further optimization of the structure form of the inclined pipe type sedimentation tank.

【技术实现步骤摘要】
斜管式沉沙池流场信息及泥沙运移特性测量方法与系统
本专利技术涉及信息检测与处理
，更具体地，涉及一种斜管式沉沙池流场信息及泥沙运移特性测量方法与系统。
技术介绍
斜管式沉沙池以其占地面积小、沉沙效率高等的独特优势，在中小型水厂、微喷灌灌溉等系统中被广泛应用。但是，由于斜管式沉沙池结构复杂，无法观测不同设计结构参数条件下的池内水沙两相流流场与泥沙运移特性，从而严重影响相关研究学者对斜管式沉沙池结构型式的进一步优化。目前，在流速测量方面，较常用且效果较理想的设备是声学多谱勒流速仪。声学多谱勒流速仪是利用超声波信号进行流速测量的，在低浓度含沙水流中，超声波信号衰减较小，能够实现流速的长时间连续测量，测量精度也相对较高。而对含沙量的测量，目前应用较广泛的方法是光电法，即利用Bear理论和光在介质中的吸收和散射作用，以消光度推求泥沙浓度。其主要优点是操作简单，能够快速、实时、连续地进行测量，且基本不受天气条件的制约。现有技术公开了一种利用声学多普勒流速仪测量水流脉动时输出的平均信号强度和脉动信号强度，同时利用泥沙采样装置实现泥沙溶液的准确取样和平均浓度值的确定，进而获取泥沙浓度和水流脉动速度的同步信息的方法。但是该方法仅实现了对水流中单个测点的泥沙浓度与水流脉动速度的测量，且测得的水流脉动速度仅为一个标量数值，不能体现测点的水流流向信息。同时该方法也无法测量流场底部泥沙淤积数据，因此无法得到完整的水沙两相流流场与泥沙运移信息。另一种方法中通过在河道上方固定安装的雷达测流仪实现对河道固定断面上多个测量点的多点测流作业。但是该方法仅能对固定断面上的多个测量点流速进行测量，同样无法测得测点的水流流向信息与测量流场底部泥沙淤积数据，从而无法获得完整的水沙两相流流场与泥沙运移信息，进而不能为斜管式沉沙池结构型式的进一步优化提供可靠性依据。
技术实现思路
为了克服上述问题或者至少部分地解决上述问题，本专利技术提供一种斜管式沉沙池流场信息及泥沙运移特性测量方法与系统，用以有效测量不同设计形式条件下斜管式沉沙池的完整水沙两相流流场信息与泥沙运移特性，从而为斜管式沉沙池结构形式的进一步优化提供可靠性技术依据。一方面，本专利技术提供一种斜管式沉沙池流场信息及泥沙运移特性测量方法，包括：S1，分别采集目标斜管式沉沙池内多个测点处的单点三维瞬时流速、单点浊度信息以及各所述测点至池底沉沙表面的垂直距离信息；S2，基于所述单点三维瞬时流速，分别计算各所述测点在三个对应维度方向的两相流流场信息，并基于所述单点浊度信息和所述垂直距离信息，计算所述目标斜管式沉沙池内的泥沙运移特性；其中，各所述测点是通过在所述目标斜管式沉沙池中的所述三个对应维度方向上分别设置多个测量断面选取的。其中，步骤S1中所述单点三维瞬时流速具体包含所述三个对应维度方向分别对应的单点单向瞬时流速；步骤S2中所述两相流流场信息具体包含瞬时流速、时均流速、湍流流速、断面平均流速、相对紊动强度和相对雷诺切应力；相应的，步骤S2中所述基于所述单点三维瞬时流速，分别计算各所述测点在三个对应维度方向的两相流流场信息的步骤进一步包括：分别在所述三个对应维度方向上，按如下步骤计算各维度方向上的两相流流场信息：分别基于各所述测点的单点单向瞬时流速和采集时间序列内的流速采样数量，计算各所述测点的单向时均流速，并基于各所述测点的所述单向时均流速和所述单点单向瞬时流速，计算各所述测点的湍流流速；基于对应维度方向上所述测量断面中各测点的单向时均流速，以及对应的所述测量断面的横截面积，计算对应维度方向上各所述测量断面对应的单向测量断面平均流速；基于所述单向测量断面平均流速、所述采集时间序列内的流速采样数量、所述单向时均流速和所述单点单向瞬时流速，计算单向相对紊动强度，并结合切向维度方向上的单向时均流速和单点单向瞬时流速，计算相对所述切向维度方向的相对雷诺切应力。其中，步骤S2中所述泥沙运移特性具体包含泥沙浓度信息和池底泥沙淤积厚度信息；相应的，步骤S2中所述基于所述单点浊度信息和所述垂直距离信息，计算所述目标斜管式沉沙池内的泥沙运移特性的步骤进一步包括：基于所述单点浊度信息，利用预先拟合获取的换算公式，计算所述泥沙浓度信息；并基于所述采集时间序列内的流速采样数量、所述垂直距离信息、所述测点处水面相对所述目标斜管式沉沙池底部的高度以及所述测点至水面的垂直距离，计算各所述测点对应的池底泥沙淤积厚度信息。其中，所述S1的步骤进一步包括：利用声学三维多普勒流速仪，分别采集预先设置的各所述测点处的所述单点三维瞬时流速和所述垂直距离信息，并利用光学散射浊度计，分别采集各所述测点处的所述单点浊度信息。进一步的，在所述基于所述单点浊度信息，利用预先拟合获取的换算公式，计算所述泥沙浓度信息的步骤之前，所述方法还包括：采集所述目标斜管式沉沙池中的水样样本，并通过比对所述水样样本的样本浊度信息和实际浓度信息，拟合所述换算公式；其中，所述样本浊度信息是利用所述光学散射浊度计测量所述水样样本获取的。进一步的，在所述S1的步骤之前，所述方法还包括：按各所述测点的实际三维坐标信息设置数据采集中对应测点的测点位置参数，并分别对所述声学三维多普勒流速仪和所述光学散射浊度计的采样参数进行设定。进一步的，在所述S1的步骤之前，所述方法还包括：设定所述声学三维多普勒流速仪所测量信号的信噪比阈值、相关系数阈值以及数据存储预设条件，用以当判断获知对所述测点的测量信号质量表征值大于所述信噪比阈值和所述相关系数阈值，并且所述声学三维多普勒流速仪的测量过程参数达到所述数据存储预设条件时，自动记录所采集到的数据。其中，通过在所述目标斜管式沉沙池中的所述三个对应维度方向上分别设置多个测量断面，选取各所述测点的步骤包括：在所述目标斜管式沉沙池内，分别沿水流径向方向和水流平行方向按对应给定间距布置多个径向垂直测量断面和垂向垂直测量断面，并沿水深方向布置多个纵向水平测量断面，则选取所述径向垂直测量断面、所述垂向垂直测量断面和所述纵向水平测量断面的交点作为所述测点。另一方面，本专利技术提供一种斜管式沉沙池流场信息及泥沙运移特性测量系统，包括：数据采集单元，用于分别采集目标斜管式沉沙池内多个测点处的单点三维瞬时流速、单点浊度信息以及各所述测点至池底沉沙表面的垂直距离信息；数据处理单元，用于基于所述单点三维瞬时流速，分别计算各所述测点在三个对应维度方向的两相流流场信息，并基于所述单点浊度信息和所述垂直距离信息，计算所述目标斜管式沉沙池内的泥沙运移特性；其中，各所述测点是通过在所述目标斜管式沉沙池中的所述三个对应维度方向上分别设置多个测量断面选取的。其中，所述数据采集单元具有用于：利用声学三维多普勒流速仪，分别采集预先设置的各所述测点处的所述单点三维瞬时流速和所述垂直距离信息，并利用光学散射浊度计，分别采集各所述测点处的所述单点浊度信息；所述系统还包括：控制设置单元，用于按各所述测点的实际三维坐标信息设置数据采集中对应测点的测点位置参数，并分别对所述声学三维多普勒流速仪和所述光学散射浊度计的采样参数进行设定。本专利技术提供的一种斜管式沉沙池流场信息及泥沙运移特性测量方法与系统，通过对目标斜管式沉沙池内不同测点的浊度值、三维方向上的瞬时流速以及距离的测量，并通过统计计算，能本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种斜管式沉沙池流场信息及泥沙运移特性测量方法，其特征在于，包括：S1，分别采集目标斜管式沉沙池内多个测点处的单点三维瞬时流速、单点浊度信息以及各所述测点至池底沉沙表面的垂直距离信息；S2，基于所述单点三维瞬时流速，分别计算各所述测点在三个对应维度方向的两相流流场信息，并基于所述单点浊度信息和所述垂直距离信息，计算所述目标斜管式沉沙池内的泥沙运移特性；其中，各所述测点是通过在所述目标斜管式沉沙池中的所述三个对应维度方向上分别设置多个测量断面选取的。

【技术特征摘要】
1.一种斜管式沉沙池流场信息及泥沙运移特性测量方法，其特征在于，包括：S1，分别采集目标斜管式沉沙池内多个测点处的单点三维瞬时流速、单点浊度信息以及各所述测点至池底沉沙表面的垂直距离信息；S2，基于所述单点三维瞬时流速，分别计算各所述测点在三个对应维度方向的两相流流场信息，并基于所述单点浊度信息和所述垂直距离信息，计算所述目标斜管式沉沙池内的泥沙运移特性；其中，各所述测点是通过在所述目标斜管式沉沙池中的所述三个对应维度方向上分别设置多个测量断面选取的。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1中所述单点三维瞬时流速具体包含所述三个对应维度方向分别对应的单点单向瞬时流速；步骤S2中所述两相流流场信息具体包含瞬时流速、时均流速、湍流流速、断面平均流速、相对紊动强度和相对雷诺切应力；相应的，步骤S2中所述基于所述单点三维瞬时流速，分别计算各所述测点在三个对应维度方向的两相流流场信息的步骤进一步包括：分别在所述三个对应维度方向上，按如下步骤计算各维度方向上的两相流流场信息：分别基于各所述测点的单点单向瞬时流速和采集时间序列内的流速采样数量，计算各所述测点的单向时均流速，并基于各所述测点的所述单向时均流速和所述单点单向瞬时流速，计算各所述测点的湍流流速；基于对应维度方向上所述测量断面中各测点的单向时均流速，以及对应的所述测量断面的横截面积，计算对应维度方向上各所述测量断面对应的单向测量断面平均流速；基于所述单向测量断面平均流速、所述采集时间序列内的流速采样数量、所述单向时均流速和所述单点单向瞬时流速，计算单向相对紊动强度，并结合切向维度方向上的单向时均流速和单点单向瞬时流速，计算相对所述切向维度方向的相对雷诺切应力。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤S2中所述泥沙运移特性具体包含泥沙浓度信息和池底泥沙淤积厚度信息；相应的，步骤S2中所述基于所述单点浊度信息和所述垂直距离信息，计算所述目标斜管式沉沙池内的泥沙运移特性的步骤进一步包括：基于所述单点浊度信息，利用预先拟合获取的换算公式，计算所述泥沙浓度信息；并基于所述采集时间序列内的流速采样数量、所述垂直距离信息、所述测点处水面相对所述目标斜管式沉沙池底部的高度以及所述测点至水面的垂直距离，计算各所述测点对应的池底泥沙淤积厚度信息。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述S1的步骤进一步包括：利用声学三维多普勒流速仪，分别采集预先设置的各所述测点处的所述单点三维瞬时流速和所述垂直距离信息，并利用光学散射浊度计，分别采集各所述测点处的所述单点浊...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨培岭，王克远，任树梅，
申请(专利权)人：中国农业大学，
类型：发明
国别省市：北京,11