[發明專利]稀性泥石流垂向流速分布、表面流速、平均流速測量方法

有效

• 申請號: 202010955598.5
• 申請日: 2020-09-11
• 公開（公告）號: CN112100567B
• 公開（公告）日: 2023-06-06
• 發明（設計）人: 唐金波;陳曉清;胡凱衡;陳華勇;陳劍剛;趙萬玉
• 申請（專利權）人: 中國科學院;水利部成都山地災害與環境研究所
• 主分類號: G06F17/13
• 分類號: G06F17/13;G06F17/12;G06F17/11;G01P5/00
• 代理公司: 成都賽恩斯知識產權代理事務所(普通合伙) 51212
• 代理人: 張帆;張端陽

1.稀性泥石流垂向流速分布測量方法，其特征在于：依如下步驟實施：

步驟S1、設立測量斷面，現場調查勘查確定測量斷面基本參數；

步驟S2、建立以稀性泥石流固—液兩相的相間速度差u從任意垂向深度位置z到自由面高度h的積分值微分方程式1

采用中心差分格式對的二階導數進行離散，得到離散后的非線性方程組，再利用牛頓迭代法求解，得到u在測量斷面上從任意垂向深度位置z(i)到自由面高度h的積分值

步驟S3、根據步驟S2所求解的建立稀性泥石流固相速度u_s從任意垂向深度位置z到自由面高度h的積分值的微分方程式2

采用中心差分格式對的二階導數進行離散得到的線性代數方程組，再利用追趕法求解，得到稀性泥石流固相流速u_s(i)在測量斷面上從任意垂向深度位置z(i)到自由面高度h的積分值

步驟S4、根據步驟S2所求解的建立稀性泥石流液相速度u_f從任意垂向深度位置z到自由面高度h的積分值的微分方程式3

采用中心差分格式對的二階導數進行離散得到的線性代數方程組，再利用追趕法求解，得到稀性泥石流液相流速u_f(i)在測量斷面上從任意垂向深度位置z(i)到自由面高度h的積分值

步驟S5、根據步驟S3所得步驟S4所得求解稀性泥石流固相流速u_s(i)與液相流速u_f(i)在測量斷面上任意垂直位置z(i)的值。

2.根據權利要求1所述的測量方法，其特征在于：所述步驟S2中

采用中心差分格式對的二階導數進行離散，得到離散后的非線性方程組為式4

式中，—在測量斷面上從任意垂向深度位置到自由面高度h的積分值，i＝0,1,2,…N，單位m²/s，

Δz—測量斷面上垂直等分尺寸，單位m，

—與固相運動阻力和液相運動阻力相關的函數，

N—垂向網格劃分數量，無量綱單位，根據測量目標設定。

3.根據權利要求2所述的測量方法，其特征在于：所述式4表達為式5、式6、式7，

λ＝((n_s/n_*)^1/3-1)^-1????式6

式中，—u在測量斷面上從任意垂向深度位置到自由面高度h的積分值，i＝0,1,2,…N，單位m²/s，

z(i)＝iΔz—測量斷面上任意垂向深度位置，單位m，

n_s—稀性泥石流粗顆粒物質濃度，步驟S1確定，無量綱單位，

ρ_s—稀性泥石流固相顆粒密度，步驟S1確定，單位kg/m³，

ρ_f—稀性泥石流液相顆粒密度，步驟S1確定，單位kg/m³，

g—重力加速度，單位m/s²，

h—稀性泥石流自由面高度，取值稀性泥石流流深H，單位m，

H—稀性泥石流流深，步驟S1確定，單位m，

θ—下墊面坡度，步驟S1確定，單位°，

κ—常數，取值0.4，無量綱單位，

a_i—常數，取值0.042，無量綱單位，

α_i—稀性泥石流顆粒碰撞摩擦角，步驟S1確定，單位°，

d—稀性泥石流顆粒中值粒徑，步驟S1確定，單位m，

λ—顆粒線性濃度，無量綱單位，

n_*—常數，取值0.64，無量綱單位，

η—稀性泥石流液相漿體動力黏度，步驟S1確定，單位Pa·s，

τ_y—稀性泥石流液相流體屈服應力，步驟S1確定，單位Pa，

β—拖曳力系數，單位kg/m³/s，

牛頓迭代收斂條件為式8

式中，—牛頓迭代法求解時，第n次的迭代值。