[发明专利]一种基于中心圆柱矩形槽比尺效应的渠道测流法

权利要求书

1.一种基于中心圆柱矩形槽比尺效应的渠道测流法，通过设置了中心圆柱的矩形槽来预测渠道流量，建立测流方法并提高预测精度，其特征在于：具体步骤如下：

步骤1：建立中心圆柱矩形槽的物理试验模型并进行物理模型试验，矩形槽过流断面为矩形，底宽为B，高度为M，当水流流动稳定后采集圆柱正前端淹没水深的高度；

步骤2：对物理模型试验的中心圆柱矩形槽进行数值模拟计算，建立中心圆柱矩形槽的几何模型，并进行划分网格，输出计算文件，导入Fluent进行数值计算，导出计算结果，通过CFD-Post进行后处理，采集数据；

步骤3：从步骤2中若干数值计算结果找出与步骤1中测试水深相近的计算工况，输出对应的网格尺寸、湍流模型、数值算法；

步骤4：对试验模型放大λ倍，并对放大λ倍的中心圆柱矩形槽在不同收缩度条件下分别进行几何建模及CFD计算，采用CFD-Post对计算结果进行后处理，输出不同工况条件下圆柱正前端淹没水深h、流道收缩后的过流宽度B_c及对应的计算流量Q，下标c表示收缩条件；

步骤5：采用SPSS软件对步骤4输出的圆柱正前端淹没水深h、流道收缩后的过流宽度B_c及对应的计算流量Q，结合理论公式Q＝a(B_c^2.5)(g^0.5)(h/B_c)^b进行非线性处理，分别输出不同比尺λ条件下的系数a和b，再采用Origin对系数a、b与λ进行拟合分析并输出其函数关系；

步骤6：将系数a、b与λ的拟合关系式带入理论公式，即可得到考虑比尺效应影响的矩形槽中实时流量的表达式；

步骤7：对需要测流的渠道进行实地勘测，量测渠道底宽W，对步骤1中模型进行放大得到原型中心圆柱矩形槽，放大倍数λ₀=W/B，将放大λ₀倍的中心圆柱矩形槽安置在渠道中，当水流稳定后，测得中心圆柱正前端淹没水深h和对应的收缩后矩形槽过流宽度Bc，与λ₀一起带入步骤6中得到的实时流量表达式即可得到实时的渠道流量。

2.根据权利要求1所述的一种基于中心圆柱矩形槽比尺效应的渠道测流法，其特征在于：所述步骤1中，中心圆柱矩形槽模型的材质采用透明有机玻璃，矩形槽的底部为水平放置，矩形槽过流断面为矩形，底宽为B，高度为M，中心圆柱直径为D，定义中心圆柱直径为D与矩形槽宽度B之比为收缩比r，模型试验时收缩度r为一个固定值，其取值范围为0.50≤r≤0.80，圆柱直径D、矩形槽底宽B、矩形槽高度M的单位为：cm，r为无量纲数。

3.根据权利要求1所述的一种基于中心圆柱矩形槽比尺效应的渠道测流法，其特征在于：所述步骤1中，矩形槽长度L不小于10D，中心圆柱垂直于来流正方向的直径所在过流断面距进口断面的长度L_in不小于7D、距出口断面的长度L_out不小于3D，其中D为中心圆柱直径，cm，中心圆柱顺水流正方向直径所在断面与矩形槽中心对称面重叠。

4.根据权利要求1所述的一种基于中心圆柱矩形槽比尺效应的渠道测流法，其特征在于：所述步骤1中，在不同流量条件下对中心圆柱矩形槽进行模型试验，流量的取值由小至大选取，随着流量的增大，矩形槽中水深逐渐加深，当矩形槽进口水深低于矩形槽高度0.2D时停止试验，D为圆柱直径，试验过程中通过电磁流量计测试矩形槽中的流量Qt，相应的中心圆柱正前端的淹没水深ht通过在圆柱正前端安装水尺进行读数，Qt与ht的下标t表示试验条件，Q的单位为L/s，h的单位为cm。