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排水管网流量和液位测量是行业的痛点、技术难点和关注热点。和同行的线下沟通中,我们发现普遍对流量测量存在某些误区。为了系统的介绍排水管网流量和液位测量,每周NIVUS的微信公众号将分别介绍1篇主旨文章、1篇相关产品简介、1篇典型案例、1篇应用拓展和1篇有问有答。
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通常,在测量非满管流量时,我们要求拟定测量点前的平直段长度满足至少10XDN的要求,越长越好。而在实际使用中,有时会发现拟定测量点的前的平直段长度不能满足10XDN的要求。
NIVUS提供了一种解决思路:将多组互相关传感器组合,以便弥补平直段距离不足而导致的测量误差。
1 平直段长度对断面流场分布的影响
见历史文章《影响排水管网过流断面流速分布的因素》,根据numerical simulations (Ph.-D. Laurent Solliec, 2013),测量点前平直段长度与流速分布图的关系,见下图。
1.1 平直段长度为5xDN
1.2 平直段长度为10xDN
测量点前平直段长度与流速分布图的关系,汇总入下图。
需要注意的是:
l 这种水流的扰动,受流速、水中悬浮物等影响,扰动的情况会变化。通常整个流速发生扰动了,容易扰动点的波动更大些;
l 以上为满管状态下的情况分析,非满管情况的扰动更严重。
2 平直段长度、传感器的数量和流量测量误差的关系
根据numerical simulations (Ph.-D. Laurent Solliec, 2013),拟定测量点前的平直段距离、传感器的数量和流量测量误差关系,见下图。
也就是说,当拟定测量点前面的平直段长度不能满足10xDN的要求时,可以增加互相关传感器的数量,由多组互相关传感器来弥补平直段长度不能满足的问题,提高测量精度。
请注意:
l 以上的数据未考虑布置方式导致的测量误差;
l 以上为满管情况下的数据,非满管情况下的测量误差会加大;
l 最终的测量精度,需要根据现场的情况评估。
通常在非满管情况下,即使拟定测量点前面的平直段距离不够,在采用多组超声波互相关传感器的组合之后的流量测量误差也可以控制<±5%以内,甚至达到<±3%。
三、多组互相关传感器的布置模式
3.1 多组互相关传感器的实际测量过程
多组传感器组合后,实际测量过程如下图所示:
l 沿测量路径观察流速的过流断面;
l 包括传感器盲区和顶部扰动段的测量;
l 靠近壁面的评估边界层(对数定律);
l 水平流速剖面的计算;
l 整个流动截面的积分。
从上图的①,可以看出,互相关流量计实际测量的是过流断面的中间部分(实际测量此区间的16层流速),靠近传感器的盲区和顶部的扰动段采用数学模型的拟合获得流速。
3.2 多组互相关传感器的组合计算
基于 COSP(Correlation Singularity Profile)的多个传感器组合测量系统,可以自动叠加多组传感器,获得这个过流断面的动态流场分布图,以及高精度的流速测量数据。
下图中,不同颜色代表不同的流速。
四、多组互相关传感器的布置方式
NF750最多可以接9组流速传感器,NFM750最多可以接3组流速传感器。根据根据布置位置,选择不同的布置方式。以下供参考。
4.1 管道内楔形互相关传感器的布置
4.2 管道外插入式杆式互相关传感器的布置
4.3 箱涵内楔形互相关传感器的布置
五 致谢
本文的内容,部分源自如下文章,在此一并致谢!
1. numerical simulations (Ph.-D. Laurent Solliec, 2013)
2. King County Wastewater Treatment Division (2016): Regional Infiltration and Inflow Control program. 201 S Jackson St, KSC-NR-0512, Seattle, WA 98104, USA,
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