低气压环境下多工况泄流局域雾化雨强的连续测定方法技术

本发明专利技术公开了一种低气压环境下多工况泄流局域雾化雨强的连续测定方法，采用以下步骤：1)测试前准备工作；2)测量常压工况下的雾化雨强；3)测量低压工况下的雾化雨强；4)测量结束后，低气压箱补气、排水。本发明专利技术基于分汇流原理设计测试装置结构，优化控制测试精度和效率；平均雨强通过调换计时器量程提高集水时长的测试精度，瞬时雨强通过测量筒配套设计雨量计、连通管、高、低位液位控制器和抽水泵调控测试量程和时长，原理清晰；在低气压箱内集成安装测定装置，不需考虑气压差防护，可节约制作成本，降低加工难度，且有助于保障低气压箱结构安全。本发明专利技术可为探究低气压环境下多工况泄流局域雾化雨强分布特征的优质高效测试提供基础。

Continuous measurement method of local atomization rain intensity under multi condition discharge in low pressure environment

【技术实现步骤摘要】
低气压环境下多工况泄流局域雾化雨强的连续测定方法
本专利技术属于坝工水力学试验
，尤其是一种低气压环境下多工况泄流局域雾化雨强的连续测定方法。
技术介绍
水电站泄流时会产生雨雾，该现象被称为泄流雾化。泄流雾化属于复杂的水气两相流问题。在高强度短历时、低强度长历时、以及高强度长历时雾化雨的时空累计效应下，边坡失稳、厂房浸水、交通道路受阻、输电线路受损等泄流雾化危害，直接威胁工程安全。相比于雾化雨的全域预测防护而言，在雾化近区和远区针对典型区域开展局域雾化雨强测试，能直观准确地指导考虑雾化影响的工程泄流结构优选、调度工况优化、边坡安全防护设计和局域排水系统设计，而且可节约测试成本，提高测试效率。随着我国水电能源全局开发进程的加快，在高海拔地区建设和运行的水电站数量逐渐增多，因此高海拔低气压环境下的泄流雾化安全问题需要重点关注。泄流雾化产生于水舌散裂、水舌和水舌碰撞喷溅，水舌和水垫碰撞喷溅过程。当前有数值研究表明原型工程高流速水舌的冲击挑距会随着环境气压的降低而增大；但有试验研究表明工程模型低流速水舌的冲击挑距不受环境压力影响，但冲击压力会随着环境气压的降低而增大；也有液滴碰撞液膜的试验表明，低气压环境可以抑制喷溅液滴的产生。因此，在高海拔低气压环境下泄流时的局域雾化雨强相对于其在标准大气压环境下是否发生改变，变化趋势和量级是否在现有工程安全防护设计的安全限内，尚不明确。因此，有必要开展低气压环境下的泄流局域雾化雨强试验研究。在泄流局域雾化雨强试验中，汇流板布置位置包括水垫区域之上和水垫区域之外。有文献报道布置在水垫区域之外的常压测试，采用量筒集流称重能计量平均雾化雨强，但不宜引申至低气压环境测试且不能获得雾化雨强瞬时特征，因为低气压箱是封闭的，低气压期间不能进人；且测试过程控制难，稳定的水流-气压测试工况需要调试，调试过程会汇流无效雾化雨导致测试不准。布置在水垫区域之外的低气压环境下测试有专利提及，已有专利文献CN208937287U所述的降水测量仪布置在倾斜汇流板引流管的下方且降水测量仪是单个的，能满足专利中所述的掺气-雾化特征参数集测需求；但其不适于布置在水垫区域之上，因为降水测量仪布置空间受限，也不能满足多工况泄流雾化局域区雾化雨强瞬时特征测定，因为单一的降水测量仪量程有限。在低气压试验开展时，若测试仪器不能满足多工况连续测定需求，在有限的时间内频繁启闭泵组不利于试验系统的长期稳定运行，而且会造成人力和物力资源的大量浪费；试验周期如遇到季节交替，容易引入温度等其他环境因素的大幅度变化干扰试验结果，不利于相似工况的重复和类比；再者，低气压环境下的测试区域有限，测试仪器应用时在考虑仪器是否受低气压环境影响和有效修正方法，还需要兼顾其防水性和承压性；目前的测试方法尚未解决低气压环境下多工况泄流局域雾化雨强的连续测定，因此，需要设计一种低气压环境下多工况泄流局域雾化雨强的连续测定方法。
技术实现思路
本专利技术为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种低气压环境下多工况泄流局域雾化雨强的连续测定方法。本专利技术为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种低气压环境下多工况泄流局域雾化雨强的连续测定方法，采用低气压箱形成泄流雾化雨，采用位于所述低气压箱内的至少一套局域雾化雨强连续测定装置以及位于所述低气压箱外的控制系统进行测定；在所述低气压箱内设有水垫区和排水区，在所述低气压箱上设有泄水口、水垫区排水口、排水区抽水口、水垫区注水口、抽气口和补气口；每个所述局域雾化雨强连续测定装置包括一个集水汇流挡板、一个集雨筒、一个分流筒和多个测量筒；所述集水汇流挡板设置于雾化雨区，在所述集水汇流挡板的底端及左右两侧均设有与其垂直的围挡边，在所述集水汇流挡板上设有底部出流孔；所述集雨筒、所述分流筒、和所述测量筒均设置于所述排水区，且均设有盖板；在所述分流筒的底板上设有与其同轴、较其矮小的溢水筒，在所述分流筒的底板上设有位于所述溢水筒与所述分流筒之间的、沿周向均布的多个分流孔，所述溢水筒通过输流管与所述集水汇流挡板的所述底部出流孔连接，在所述输流管上设有电磁阀Ⅰ；所述集雨筒通过旁出管与所述输流管连接，所述旁出管设置在所述电磁阀Ⅰ的上游，在所述集雨筒的底部连接有排水管Ⅰ，在所述集雨筒的侧壁上安装有至少一对高、低位液位控制器Ⅰ，在所述旁出管上设有电磁阀Ⅱ，在所述排水管Ⅰ上设有电磁阀Ⅲ；在所述测量筒内设有横隔板，所述横隔板将所述测量筒隔成上、下两个腔室，在所述横隔板上设有漏水孔，在所述横隔板上支撑有雨量计，每个所述雨量计通过一根分流管与所述分流筒的一个分流孔连接，在所述分流管上设有电磁阀Ⅳ，在所述测量筒的底部连接有排水管Ⅱ，在所述排水管Ⅱ上设有电磁阀Ⅴ和抽水泵，所述电磁阀Ⅴ位于所述抽水泵的上游，在所述测量筒的下腔室外壁上安装有一对高、低位液位控制器Ⅱ，所述高、低位液位控制器Ⅱ的标高高于所述排水管Ⅱ的入水口，所有所述测量筒的下腔室通过连通管连接；所述输流管和所述旁出管位于水垫之上；所述输流管、所述旁出管和所述分流管入水口高于出水口；所述高、低位液位控制器Ⅰ、所述高、低位液位控制器Ⅱ和所述抽水泵以及所述电磁阀Ⅰ、所述电磁阀Ⅱ、所述电磁阀Ⅲ、所述电磁阀Ⅳ和所述电磁阀Ⅴ均与所述控制系统连接；该测定方法采用以下步骤：1)测试前准备工作1.1)确定所述集水汇流挡板的有效集雨面的面积，标定所述集雨筒上所述高、低位液位控制器Ⅰ中高位液位控制器和低位液位控制器之间的集水量；1.2)开启所述低气压箱的所述抽气口和所述补气口，使得所述低气压箱处于常压状态；1.3)测试时均雨强前的准备，开启所述电磁阀Ⅱ和所述电磁阀Ⅲ，关闭所述电磁阀Ⅰ和所述电磁阀Ⅴ；1.4)通过所述水垫区注水口向所述低气压箱内注水，在所述水垫区内形成设定高度的水垫；2)测量常压工况下的雾化雨强2.1)向所述泄水口供水，调节所述泄水口的入流量至设计流量，形成水舌，通过所述排水区抽水口排水；2.2)关闭所述电磁阀Ⅲ，测量雾化雨时长雨量，方法为，通过所述控制系统的计时器获得标定集水量的集水时长，进而获得时均雨强；测量结束后，所述控制系统控制所述电磁阀Ⅲ打开；2.3)根据步骤2.2)测定的时均雨强和所述雨量计的量程，确定需要开启所述电磁阀Ⅳ的个数，并实施开启；2.4)关闭所述电磁阀Ⅱ，开启所述电磁阀Ⅰ，记录开启所述电磁阀Ⅰ的时刻，待测试持续设定时长之后，关闭所述电磁阀Ⅰ，开启所述电磁阀Ⅱ；通过所述雨量计获得测试时长内的瞬时雨强序列，瞬时雨强乘以对应过流面积之和除以所述有效集雨面的面积，得到所述有效集雨面的雾化瞬时雨强；3)测量低压工况下的雾化雨强3.1)通过所述抽气口抽气，通过所述补气口补气，进而改变所述低气压箱1内的气压值，重复步骤2)，获得同一设计流量所有设定低压值下的雾化雨强；3.2)通过改变所述泄水口的供水流量后，重复步骤2)，获得同一设计低压值所有设定流量值下的雾化雨强；3.3)通过所述抽气口抽气，通本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低气压环境下多工况泄流局域雾化雨强的连续测定方法，其特征在于，采用低气压箱形成泄流雾化雨，采用位于所述低气压箱内的至少一套局域雾化雨强连续测定装置以及位于所述低气压箱外的控制系统进行测定；/n在所述低气压箱内设有水垫区和排水区，在所述低气压箱上设有泄水口、水垫区排水口、排水区抽水口、水垫区注水口、抽气口和补气口；/n每个所述局域雾化雨强连续测定装置包括一个集水汇流挡板、一个集雨筒、一个分流筒和多个测量筒；所述集水汇流挡板设置于雾化雨区，在所述集水汇流挡板的底端及左右两侧均设有与其垂直的围挡边，在所述集水汇流挡板上设有底部出流孔；/n所述集雨筒、所述分流筒、和所述测量筒均设置于所述排水区，且均设有盖板；/n在所述分流筒的底板上设有与其同轴、较其矮小的溢水筒，在所述分流筒的底板上设有位于所述溢水筒与所述分流筒之间的、沿周向均布的多个分流孔，所述溢水筒通过输流管与所述集水汇流挡板的所述底部出流孔连接，在所述输流管上设有电磁阀Ⅰ；/n所述集雨筒通过旁出管与所述输流管连接，所述旁出管设置在所述电磁阀Ⅰ的上游，在所述集雨筒的底部连接有排水管Ⅰ，在所述集雨筒的侧壁上安装有至少一对高、低位液位控制器Ⅰ，在所述旁出管上设有电磁阀Ⅱ，在所述排水管Ⅰ上设有电磁阀Ⅲ；/n在所述测量筒内设有横隔板，所述横隔板将所述测量筒隔成上、下两个腔室，在所述横隔板上设有漏水孔，在所述横隔板上支撑有雨量计，每个所述雨量计通过一根分流管与所述分流筒的一个分流孔连接，在所述分流管上设有电磁阀Ⅳ，在所述测量筒的底部连接有排水管Ⅱ，在所述排水管Ⅱ上设有电磁阀Ⅴ和抽水泵，所述电磁阀Ⅴ位于所述抽水泵的上游，在所述测量筒的下腔室外壁上安装有一对高、低位液位控制器Ⅱ，所述高、低位液位控制器Ⅱ的标高高于所述排水管Ⅱ的入水口，所有所述测量筒的下腔室通过连通管连接；/n所述输流管和所述旁出管位于水垫之上；/n所述输流管、所述旁出管和所述分流管入水口高于出水口；/n所述高、低位液位控制器Ⅰ、所述高、低位液位控制器Ⅱ和所述抽水泵以及所述电磁阀Ⅰ、所述电磁阀Ⅱ、所述电磁阀Ⅲ、所述电磁阀Ⅳ和所述电磁阀Ⅴ均与所述控制系统连接；/n该测定方法采用以下步骤：/n1)测试前准备工作/n1.1)确定所述集水汇流挡板的有效集雨面的面积，标定所述集雨筒上所述高、低位液位控制器Ⅰ中高位液位控制器和低位液位控制器之间的集水量；/n1.2)开启所述低气压箱的所述抽气口和所述补气口，使得所述低气压箱处于常压状态；/n1.3)测试时均雨强前的准备，开启所述电磁阀Ⅱ和所述电磁阀Ⅲ，关闭所述电磁阀Ⅰ和所述电磁阀Ⅴ；/n1.4)通过所述水垫区注水口向所述低气压箱内注水，在所述水垫区内形成设定高度的水垫；/n2)测量常压工况下的雾化雨强/n2.1)向所述泄水口供水，调节所述泄水口的入流量至设计流量，形成水舌，通过所述排水区抽水口排水；/n2.2)关闭所述电磁阀Ⅲ，测量雾化雨时长雨量，方法为，通过所述控制系统的计时器获得标定集水量的集水时长，进而获得时均雨强；测量结束后，所述控制系统控制所述电磁阀Ⅲ打开；/n2.3)根据步骤2.2)测定的时均雨强和所述雨量计的量程，确定需要开启所述电磁阀Ⅳ的个数，并实施开启；/n2.4)关闭所述电磁阀Ⅱ，开启所述电磁阀Ⅰ，记录开启所述电磁阀Ⅰ的时刻，待测试持续设定时长之后，关闭所述电磁阀Ⅰ，开启所述电磁阀Ⅱ；通过所述雨量计获得测试时长内的瞬时雨强序列，瞬时雨强乘以对应过流面积之和除以所述有效集雨面的面积，得到所述有效集雨面的雾化瞬时雨强；/n3)测量低压工况下的雾化雨强/n3.1)通过所述抽气口抽气，通过所述补气口补气，进而改变所述低气压箱1内的气压值，重复步骤2)，获得同一设计流量所有设定低压值下的雾化雨强；/n3.2)通过改变所述泄水口的供水流量后，重复步骤2)，获得同一设计低压值所有设定流量值下的雾化雨强；/n3.3)通过所述抽气口抽气，通过所述补气口补气，进而改变所述低气压箱内的气压值后，重复步骤3.2)，获得所有设计低压值所有设定流量值下的雾化雨强；/n在测定过程中，当所述测量筒的液位达到所述高、低位液位控制器Ⅱ中高位液位控制器的设定水位时，所述控制系统控制所述电磁阀Ⅴ打开并启动所述抽水泵排水；当所述测量筒的液位达到所述高、低位液位控制器Ⅱ中低位液位控制器的设定水位时，所述控制系统控制所述抽水泵和所述电磁阀Ⅴ关闭；/n3.4)更换所述泄水口的体型、个数和布置方式，重复步骤3.1)～3.3)，测得低气压环境下多工况泄流局域雾化雨强；/n4)测量结束后/n4.1)停止向所述泄水口供水，停止从所述排水区抽水口抽水；/n4.2)通过所述补气口向所述低气压箱内补气至常压；/n4.3)通过所述低气压箱的所述水垫区排水口和排水区抽水口将所述低气压箱内的积水排尽，试验结束。/n...

【技术特征摘要】
1.一种低气压环境下多工况泄流局域雾化雨强的连续测定方法，其特征在于，采用低气压箱形成泄流雾化雨，采用位于所述低气压箱内的至少一套局域雾化雨强连续测定装置以及位于所述低气压箱外的控制系统进行测定；
在所述低气压箱内设有水垫区和排水区，在所述低气压箱上设有泄水口、水垫区排水口、排水区抽水口、水垫区注水口、抽气口和补气口；
每个所述局域雾化雨强连续测定装置包括一个集水汇流挡板、一个集雨筒、一个分流筒和多个测量筒；所述集水汇流挡板设置于雾化雨区，在所述集水汇流挡板的底端及左右两侧均设有与其垂直的围挡边，在所述集水汇流挡板上设有底部出流孔；
所述集雨筒、所述分流筒、和所述测量筒均设置于所述排水区，且均设有盖板；
在所述分流筒的底板上设有与其同轴、较其矮小的溢水筒，在所述分流筒的底板上设有位于所述溢水筒与所述分流筒之间的、沿周向均布的多个分流孔，所述溢水筒通过输流管与所述集水汇流挡板的所述底部出流孔连接，在所述输流管上设有电磁阀Ⅰ；
所述集雨筒通过旁出管与所述输流管连接，所述旁出管设置在所述电磁阀Ⅰ的上游，在所述集雨筒的底部连接有排水管Ⅰ，在所述集雨筒的侧壁上安装有至少一对高、低位液位控制器Ⅰ，在所述旁出管上设有电磁阀Ⅱ，在所述排水管Ⅰ上设有电磁阀Ⅲ；
在所述测量筒内设有横隔板，所述横隔板将所述测量筒隔成上、下两个腔室，在所述横隔板上设有漏水孔，在所述横隔板上支撑有雨量计，每个所述雨量计通过一根分流管与所述分流筒的一个分流孔连接，在所述分流管上设有电磁阀Ⅳ，在所述测量筒的底部连接有排水管Ⅱ，在所述排水管Ⅱ上设有电磁阀Ⅴ和抽水泵，所述电磁阀Ⅴ位于所述抽水泵的上游，在所述测量筒的下腔室外壁上安装有一对高、低位液位控制器Ⅱ，所述高、低位液位控制器Ⅱ的标高高于所述排水管Ⅱ的入水口，所有所述测量筒的下腔室通过连通管连接；
所述输流管和所述旁出管位于水垫之上；
所述输流管、所述旁出管和所述分流管入水口高于出水口；
所述高、低位液位控制器Ⅰ、所述高、低位液位控制器Ⅱ和所述抽水泵以及所述电磁阀Ⅰ、所述电磁阀Ⅱ、所述电磁阀Ⅲ、所述电磁阀Ⅳ和所述电磁阀Ⅴ均与所述控制系统连接；
该测定方法采用以下步骤：
1)测试前准备工作
1.1)确定所述集水汇流挡板的有效集雨面的面积，标定所述集雨筒上所述高、低位液位控制器Ⅰ中高位液位控制器和低位液位控制器之间的集水量；
1.2)开启所述低气压箱的所述抽气口和所述补气口，使得所述低气压箱处于常压状态；
1.3)测试时均雨强前的准备，开启所述电磁阀Ⅱ和所述电磁阀Ⅲ，关闭所述电磁阀Ⅰ和所述电磁阀Ⅴ；
1.4)通过所述水垫...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘丹，练继建，刘东明，刘昉，马斌，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12