[發明專利]一種圓形斷面臨界水深計算方法、系統、設備及介質

在審

• 申請號: 202110361285.1
• 申請日: 2021-04-02
• 公開（公告）號: CN112949090A
• 公開（公告）日: 2021-06-11
• 發明（設計）人: 馬亮亮;葉祥飛;彭凱;劉要來;王小平
• 申請（專利權）人: 中國電建集團中南勘測設計研究院有限公司
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F113/08
• 代理公司: 長沙正奇專利事務所有限責任公司 43113
• 代理人: 盧宏;曾利平

1.一種圓形斷面臨界水深計算方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：獲取圓形斷面直徑、臨界水深、過水斷面圓心角、過水斷面面積以及臨界水深對應的水面寬之間的幾何關系，并根據所述幾何關系得到所述過水斷面面積關于過水斷面圓心角的第一函數，臨界水深對應的水面寬關于過水斷面圓心角的第二函數，以及過水斷面圓心角關于臨界水深的第三函數；

步驟2：根據三角函數恒等變換公式，將所述第一函數轉換成所述過水斷面面積關于臨界水深的第四函數，將所述第二函數轉換成臨界水深對應的水面寬關于臨界水深的第五函數；

步驟3：將所述第四函數、第五函數代入到基于斷面比能的臨界流基本方程中，得到關于臨界水深的方程；

步驟4：將所述關于臨界水深的方程構造成關于臨界水深的第六函數；

步驟5：采用求解函數零點問題的方法求解所述第六函數，得到所述臨界水深。

2.如權利要求1所述的一種圓形斷面臨界水深計算方法，其特征在于，所述步驟1中，第一函數的表達式為：

其中，A_k表示過水斷面面積，d表示圓形斷面直徑，θ_k表示過水斷面圓心角；

第二函數的表達式為：

其中，B_k表示臨界水深對應的水面寬；

第三函數的表達式為：

其中，h_k表示臨界水深。

3.如權利要求1所述的一種圓形斷面臨界水深計算方法，其特征在于，所述步驟2中，第四函數的表達式為：

其中，A_k表示過水斷面面積，d表示圓形斷面直徑，θ_k表示過水斷面圓心角，h_k表示臨界水深；

第五函數的表達式為：

其中，B_k表示臨界水深對應的水面寬。

4.如權利要求1所述的一種圓形斷面臨界水深計算方法，其特征在于，所述步驟3中，關于臨界水深的方程的表達式為：

其中，Q表示流量，α表示動能修正系數，d表示圓形斷面直徑，h_k表示臨界水深，g表示重力加速度。

5.如權利要求1～4中任一項所述的一種圓形斷面臨界水深計算方法，其特征在于，所述步驟4中，第六函數的表達式為：

其中，f(h_k)表示關于臨界水深h_k的函數，Q表示流量，α表示動能修正系數，d表示圓形斷面直徑，h_k表示臨界水深，g表示重力加速度。

6.如權利要求1所述的一種圓形斷面臨界水深計算方法，其特征在于，所述步驟5中，采用二分法或迭代法求解所述第六函數。

7.一種圓形斷面臨界水深計算系統，其特征在于，包括：

第一函數獲取單元，用于獲取圓形斷面直徑、臨界水深、過水斷面圓心角、過水斷面面積以及臨界水深對應的水面寬之間的幾何關系，并根據所述幾何關系得到所述過水斷面面積關于過水斷面圓心角的第一函數，臨界水深對應的水面寬關于過水斷面圓心角的第二函數，以及過水斷面圓心角關于臨界水深的第三函數；

第二函數獲取單元，用于根據三角函數恒等變換公式，將所述第一函數轉換成所述過水斷面面積關于臨界水深的第四函數，將所述第二函數轉換成臨界水深對應的水面寬關于臨界水深的第五函數；

方程獲取單元，用于將所述第四函數、第五函數代入到基于斷面比能的臨界流基本方程中，得到關于臨界水深的方程；

第三函數獲取單元，用于將所述關于臨界水深的方程構造成關于臨界水深的第六函數；

求解單元，用于采用求解函數零點問題的方法求解所述第六函數，得到所述臨界水深。

8.一種設備，包括存儲器、處理器以及存儲在存儲器上并可在處理器上運行的計算機程序，其特征在于，所述處理器執行所述程序時實現如權利要求1～6中任一項所述基于圓形斷面臨界水深計算方法。

9.一種介質，其上存儲有計算機程序，其特征在于，該程序被處理器執行時實現如權利要求1～6中任一項所述圓形斷面臨界水深計算方法。