[发明专利]一种电解质质心法测量坡面水流流速的方法

权利要求书

1.一种电解质质心法测量坡面水流流速的方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

1)设备布置和电信号数据采集：

在位于土槽(2)中的侵蚀坡面(3)上端设有一个电解质脉冲发生器(1)；电解质脉冲发生器(1)内部盛装有高浓度电解质溶液；所述电解质脉冲发生器(1)下端设有电磁阀(9)；通过所述电磁阀(9)的控制，电解质脉冲发生器(1)每次释放一定体积的电解质溶液；

在电解质脉冲发生器(1)下游设置多组感应装置(7)，所述多组感应装置(7)分别安装在距离电解质脉冲发生器(1)一定距离处，记为x_i；

每组感应装置(7)包括多根感应探针(6)，用于测定集中水流经过该点的电导率；每组感应装置(7)和电磁阀(9)均连接数据采集器(5)；数据采集器(5)与计算机(4)连接；集中水流稳定后，电磁阀(9)开启释放电解质溶液，同时感应探针(6)开始测定水流电导率变化，测定电解质运移过程；测得的数据导入数据采集器(5)中；

2)参数拟合：

首先根据电解质浓度和电导率的函数关系，将感应探针(6)测定的电导率数据转换为电解质浓度数据；根据溶质运移理论，假设水流为一维的稳定流，得到电解质一维对流弥散运移方程如下：

边界条件如下：

C(x,t)＝C₀δ(t) x＝0 公式2a

C(x,t)＝0 x＝∞ 公式2b

C(x,t)＝0 t＝0 公式2c

解析解如下：

其中，C₀是初始电解质浓度，单位为kg/m³；x是探针布设点到入水口的坡长，单位为m；t是电磁阀开启后时间，单位为s；D_H是水动力弥散系数，单位为m² s^-1；u是流速，单位为m s^-1；C(x,t)为不同时间下相对应感应装置测得的水流电解质浓度，单位为kg/m³；

利用公式3对所测量点的电解质浓度数据进行拟合，得到电解质运移过程曲线，将不在所述电解质运移过程曲线上的测量点的电解质浓度数据去除；

3)电解质质心求解

电解质质心从电解质脉冲发生器(1)到每个感应探针通过时间计算公式如下：

式中：T_i为电解质质心从电解质脉冲发生器(1)到第i个感应探针的通过时间，单位为s；C(x_i,t)为第i个感应探针在t时刻测量的电解质浓度，单位为kg/m³；t为电磁阀开启后时间，单位为s；

4)流速的计算

沿着坡长方向，设电解质脉冲发生器(1)为x₀＝0m，感应探针的位置分别表示为：x₁,x₂,x₃,x₄……；两个相邻感应装置之间的距离记为ΔL_i,则有；

ΔL_i＝x_i-x_i-1 i＝1,2,3... 公式5

水流从电解质脉冲发生器(1)位置到第1个感应装置，或者两个相邻感应装置之间的时间间隔记为ΔT_i，则有：

ΔT_i＝T_i-T_i-1 i＝1,2,3... 公式6

由公式5和公式6计算出通过水流通过两个相邻感应探针的平均流速：

其中，ΔL_i为两个相邻感应装置之间的距离，单位为m；ΔT_i为水流从电解质脉冲发生器(1)位置到第1个感应探针，或者两个相邻感应装置之间的时间间隔，单位为s；为水流通过电解质脉冲发生器(1)位置到第1个感应探针，或者两个相邻感应探针的平均流速，单位为m/s。

2.如权利要求1所述的电解质质心法测量坡面水流流速的方法，其特征在于：步骤1中，电解质脉冲发生器(1)布置于侵蚀坡面(3)上的支撑台(8)上。

3.如权利要求1所述的电解质质心法测量坡面水流流速的方法，其特征在于：步骤1中，所述高浓度电解质溶液为饱和氯化钾溶液。