本发明专利技术所提供一种基于稳态方法的非满流管道流量测量装置，包括上游水池、下游水槽、溢流池、实验管道、溢流管、进水管道、流量泵、实时流量计、浪高仪；所述上游水池和下游水槽之间连接实验管道，所述实验管道能够让上游水池中的水流入到下游水槽中，所述实验管道上设有气动阀；所述上游水池和所述下游水槽分别通过溢流管连接至溢流池；所述溢流池还通过进水管道连接至所述上游水池，所述进水管道上设有流量泵和实时流量计；所述上游水池和下游水槽内还分别设有浪高仪。本发明专利技术针对现有技术的补足，提供一种基于稳态方法的非满流管道流量测量装置及方法，创新地将满管流量计和稳态方法的优势相结合，实现非满流的精确流量测量。实现非满流的精确流量测量。实现非满流的精确流量测量。
【技术实现步骤摘要】
一种基于稳态方法的非满流管道流量测量装置及方法
[0001]本专利技术涉及非满流管道测量技术。
技术介绍
[0002]流体流量的测量在工业生产和过程控制中占有重要地位。流量参数可谓工业生产过程、科学实验计量和进行各种经济核算所必须的重要参数，是能源计量的重要组成部分。目前多采用流量测量仪表实现流量的测量，流量测量仪表具有多样性、专用性和价格差异的悬殊性，大多受到流体性质、流动状态、流动条件以及感测机理显著影响。其精度高低、稳定性好坏及适应工作环境能力的大小、智能化水平和性能价格比高低等指标将显著影响流量测量结果，极大地影响着社会各行业的发展。
[0003]现有的流量测量仪表种类繁多，主要包括压差流量计、容积流量计、涡轮流量计、超声流量计等，基本可以满足人们的使用需求，但是依然存在一定的问题：这些流量计仅适用于管道满管流情况，并不能够用于测量非满流管道的液体流量。为此，一些非满管流量计应运而生，然而这类流量计测量精度较低，难以达到需求，此外，目前的非满管流量计均属于接触式测量，将造成较大的水头损失，影响水流情况。
[0004]此外，在流量测量实验中，波浪理论和波浪效应所产生的影响也会对实验结果产生关键性的影响，因此，波浪理论也成为重要的研究方向，作为研究波浪机理的波浪水槽成为研究人员重点关注的对象。波浪水槽性能的好坏直接影响其应用范围和研究成果的可靠性及数据精度高低。一般来说，由于实验场地的限制，波浪水槽不会建的很长，当波浪传播到水槽封闭端部时，会碰到端板而反射，如反射波不加以消除，将会严重影响实验模型周围的流场。为了消除这些影响，通常在波浪水槽的端部都要安装相应的消波装置，以便最大限度地消除波浪的反射作用。现有的波浪水槽末端消波装置种类繁多，基本可以满足人们的使用需求，但是依然存在一定的问题：为了具有良好的消波性能，消波板的坡度一般为1:10，因此至少有十倍水深的水槽长度用于布置消波板。而实验室一般长宽比远小于波浪水槽的长宽比，会造成实验室宽度方向的空间浪费；现有波浪水槽末端的消波装置在消波时一般很难实现多次消除功能，从而降低了波浪水槽末端的消波装置使用时对末端波浪的消除效果。
技术实现思路
[0005]本专利技术所要解决的技术问题是，针对现有技术的补足，提供一种基于稳态方法的非满流管道流量测量装置及方法，创新地将满管流量计和稳态方法的优势相结合，实现非满流的精确流量测量。
[0006]本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案是：
[0007]首先，本专利技术提供一种基于稳态方法的非满流管道流量测量装置，包括上游水池、下游水槽、溢流池、实验管道、溢流管、进水管道、流量泵、实时流量计、浪高仪；
[0008]所述上游水池和下游水槽之间连接实验管道，所述实验管道能够让上游水池中的
水流入到下游水槽中，所述实验管道上设有气动阀；
[0009]所述上游水池和所述下游水槽分别通过溢流管连接至溢流池；
[0010]所述溢流池还通过进水管道连接至所述上游水池，所述进水管道上设有流量泵和实时流量计；
[0011]所述上游水池和下游水槽内还分别设有浪高仪。
[0012]进一步地，所述上游水池内还设有稳流板，所述稳流板位于所述进水管道在上游水池内的进水口处。
[0013]进一步地，所述实验管道的入水口和所述实验管道的出水口之间具有水位落差。
[0014]进一步地，所述下游水槽为L型波浪水槽，所述L型波浪水槽用于实现二次消波。
[0015]进一步地，所述L型波浪水槽包括造波机、水槽本体、观察窗、弯道和斜坡多孔板，所述造波机连接所述水槽本体，所述水槽本体的中部设有所述观察窗，所述弯道段的弯曲角度为90
°
，所述弯道后连接所述斜坡多孔板。
[0016]进一步地，所述弯道的外径R与所述水槽本体的宽度a的比值与一次消波效果有关。为保证波浪的反射率小于5％，弯道外径R与水槽宽度a之比R/a不能小于2.5。
[0017]在此基础上，本专利技术提供一种基于稳态方法的非满流管道流量测量方法，所述测量方法基于上述的非满流管道流量测量装置，并包括以下步骤：
[0018](1)连通上游水池和下游水槽，对初始状态标零；
[0019](2)调整溢流，设置上下游水位；
[0020](3)开闸放水，测量非满流管道流量。
[0021]进一步地，所述步骤(1)的具体方法是：关闭溢流管，打开实验管道上的气动阀，使上游水池和下游水槽连通，待上游水池和下游水槽的水位稳定后，通过浪高测量此时水位，并标记为零。
[0022]进一步地，所述步骤(2)的具体方法是：标零完成后，保持溢流管关闭，关闭实验管道上的气动阀，使上游水池和下游水槽隔断，静止至上游水池和下游水槽的水位不再波动，通过浪高仪读取此时水位，然后打开溢流管，通过溢流管阀门调整上游水池和下游水槽的水位，使二者水位稳定在实验所需水位。
[0023]进一步地，打开实验管道上的气动阀、溢流管和进水管道阀门，进行放水；在放水的过程中，通过流量泵调节进水管道流量，使上游水池中的水位保持恒定，并通过溢流管调整下游水槽中的水位，使其保持恒定，构造平衡态；待上游水池的水位稳定后，读取进水管道上实时流量计的读数，即为非满流实验管道的流量。
[0024]相对于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：
[0025]1、本专利技术可以利用现有的发展较为成熟的满管实时流量计，基于质量守恒定理，实现非满流管道内的流量精准测量。
[0026]2、本专利技术基于稳态的方法进行测量，通过构造系统的平衡态实现流量的等效替代，不需要在实验管道内采用侵入式流量计，对管道内原有的水流情况不产生额外影响，精度较好。
[0027]3、本专利技术采用L型波浪水槽，能够在较短距离内有效消除波浪能量而减小波浪反射，可充分利用实验室宽度方向的空间；波浪在弯道处破碎，能量衰减，减小了波浪的反射；与末端斜坡多孔板消波效果叠加，达到了多次消波的效果，并且，本专利技术采用多孔板消波，
一方面提高消波频率，另一方面可进行波流实验，节省了实验空间，增加了装置的实用价值。
[0028]综上所述，本专利技术能够基于稳态方法构建平衡流态，并利用当前发展较为成熟的满管流实时流量计，在不影响管道水流情况的条件下实现非满流管道的流量精准测量，具有较高的研究及应用价值。
附图说明
[0029]图1是本专利技术的整体结构俯视示意图。
[0030]图2是本专利技术的整体结构正视示意图。
[0031]图3是本专利技术的整体结构侧视示意图。
[0032]图4是本专利技术的下游水槽的示意图。
[0033]图5是步骤1)初始状态标零情况下的系统阀门开闭及流向示意图。
[0034]图6是步骤2)设置上下游水位情况下的系统阀门开闭及流向示意图。
[0035]图7是步骤3)测量管道流量情况下的系统阀门开闭及流向示意图。
[0036]图中标号：1上游水池，2下游水槽，3溢流池，4实验管道，5溢流管，本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于稳态方法的非满流管道流量测量装置，其特征是，包括上游水池、下游水槽、溢流池、实验管道、溢流管、进水管道、流量泵、实时流量计、浪高仪；所述上游水池和下游水槽之间连接实验管道，所述实验管道能够让上游水池中的水流入到下游水槽中，所述实验管道上设有气动阀；所述上游水池和所述下游水槽分别通过溢流管连接至溢流池；所述溢流池还通过进水管道连接至所述上游水池，所述进水管道上设有流量泵和实时流量计；所述上游水池和下游水槽内还分别设有浪高仪。2.根据权利要求1所述的一种基于稳态方法的非满流管道流量测量装置，其特征是，所述上游水池内还设有稳流板，所述稳流板位于所述进水管道在上游水池内的进水口处。3.根据权利要求1所述的一种基于稳态方法的非满流管道流量测量装置，其特征是，所述实验管道的入水口和所述实验管道的出水口之间具有水位落差。4.根据权利要求1所述的一种基于稳态方法的非满流管道流量测量装置，其特征是，所述下游水槽为L型波浪水槽，所述L型波浪水槽用于实现二次消波。5.根据权利要求1所述的一种基于稳态方法的非满流管道流量测量装置，其特征是，所述L型波浪水槽包括造波机、水槽本体、观察窗、弯道和斜坡多孔板，所述造波机连接所述水槽本体，所述水槽本体的中部设有所述观察窗，所述弯道段的弯曲角度为90
°
，所述弯道后连接所述斜坡多孔板。6.根据权利要求5所述的一种基于稳态...
【专利技术属性】
技术研发人员：郑飞飞，郑子萱，武玉玲，马一祎，刘春嵘，邓争志，唐洪武，袁赛瑜，喻良，陈求稳，朱志伟，朱悦茹，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：
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