[發(fā)明專利]電解質(zhì)脈沖法測量水流流速和泥沙含量的方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 01131826.0
• 申請日: 2001-12-18
• 公開（公告）號: CN1354357A
• 公開（公告）日: 2002-06-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 雷廷武;夏衛(wèi)生;趙軍;王輝
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院水利部水土保持研究所
• 主分類號: G01F1/74
• 分類號: G01F1/74;G01N33/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 李鄭建

1.電解質(zhì)脈沖法測量水流流速和泥沙含量的方法，按以下步驟進(jìn)行：

1)建立一維電解質(zhì)脈沖傳導(dǎo)模型

泥沙輸運(yùn)控制微分方程為： hw ∂ C ∂ t + hwu ∂ C ∂ x = ∂ ∂ x ( hw D H ∂ C ∂ x ) - - - - ( 1 ) ]]>

式中：h為水流深度(m)；w為水流寬度(m)；C為水流中的泥沙含量(g/l或kg/m³)，u是水流速度；是x和t的函數(shù)；x向坡下的坐標(biāo)(m)；t為時間(s)；D_H為(電解質(zhì))泥沙在水中的擴(kuò)散系數(shù)(m²/s)；

控制條件下水流的入流量Q₀為常數(shù)，即：

?????????Q₀＝hwu＝常數(shù)?????????????????????(2)

設(shè)實(shí)驗(yàn)條件可以進(jìn)一步控制，使得：

?????????u＝常數(shù)則有：

????????hw＝constant???????????????????????(3)將(3)代入(1)式得： ∂ C ∂ t + u ∂ C ∂ x = ∂ ∂ x ( D H ∂ C ∂ x ) - - - - ( 4 ) ]]>問題得邊界條件為：

??????C(0，t)＝C₀δ(t)????????????????????(4a)

??????C(∞，t)＝0??????????????????????????(4b)初始條件為：

??????c(x，0)＝0???????????????????????????(4c)應(yīng)用Laplace變換可得： C ( x , t ) = C 0 x 2 t π D h t exp ( ux 2 D H ) exp ( - u 2 t 4 D H ) exp ( - x 2 4 D H t ) - - - - ( 5 ) ]]>由上式經(jīng)計算機(jī)模擬就可以求得u和D_H；

2)泥沙含量的獲得

由(5)式計算的D_H和已測量的泥沙含量p，用下式擬合： ρ = aex p bD H ]]>

在以后的測量中，由a＝0.185，b＝1.426和D_H的模擬結(jié)果就可以求出泥沙含量；

3)通過以上理論依據(jù)的計算和數(shù)據(jù)存貯，制作通過水流和泥沙含量測試的計算機(jī)軟件。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解質(zhì)脈沖法測量水流流速和泥沙含量的方法，其特征在于：所述水流和泥沙含量測試的計算機(jī)軟件按以下步驟制作：

采用windows?9x/me下的Visual?Basic為開發(fā)工具，整個軟件分為五大模塊，即：數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊、數(shù)據(jù)計算模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊和誤差分析模塊；

1)數(shù)據(jù)采集模塊

探針的電信號經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后輸入計算機(jī)，數(shù)據(jù)采集頻率為三檔，分別為100個/s(每秒采集100個樣品值)、1000個/S和5000個/S；對采集的電流值歸一化后作測試點(diǎn)電流與時間關(guān)系的二維圖；

2)數(shù)據(jù)顯示模塊

這個模塊包括三部分，一是檢測結(jié)果的顯示，同時可來觀察測量結(jié)果有無異常情況；二是模擬結(jié)果顯示，用模擬結(jié)果和實(shí)測結(jié)果比較，顯示模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性；三是計算結(jié)果顯示，顯示測試點(diǎn)的水流速度和泥沙含量及模擬誤差：

3)數(shù)據(jù)計算模塊

①對公式(5)對時間t求導(dǎo)，并使之為零，求出最大值的時間初值。用此時間初值對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行修正；

②用公式(5)對修正結(jié)果用最小二乘法擬合。求出水流速度u和擴(kuò)散率D_H；

③由公式(6)和經(jīng)驗(yàn)參數(shù)計算泥沙含量；

4)數(shù)據(jù)存儲模塊

①初始界面和參數(shù)的保存，初始參數(shù)如測試點(diǎn)與探針之間的距離、采用的頻率等；

②采集數(shù)據(jù)與模擬結(jié)果分別用二進(jìn)制形式(文件擴(kuò)展名為xls)和文本格式(文件擴(kuò)展名為dat)存儲，水流流速、擴(kuò)散系數(shù)和泥沙含量的計算用文本格式存儲；

5)誤差分析模塊

用模擬結(jié)果和實(shí)測結(jié)果進(jìn)行比較，計算模擬結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)差和可信度。