EN
Новости
Руководство по измерению расхода
Time : 2025-08-14
Введение
Расходом называется объем жидкости, проходящей через заданную точку в единицу времени. При измерении водных ресурсов расход обычно измеряется в таких единицах, как кубические футы в секунду (cfs), кубические метры в секунду (cms), галлоны в минуту (gpm) или других подобных единицах. Точные измерения расхода имеют решающее значение для таких применений, как управление системой, выставление счетов и инженерные расчеты. В этой статье описаны несколько распространенных методов измерения расхода и приведена соответствующая справочная информация.
Уравнение непрерывности для потока
При стационарных условиях (то есть неизменных со временем) принцип непрерывности гласит, что вода, поступающая в один конец трубы, должна выходить из другого конца. Уравнение непрерывности выражается следующим образом:
Расход = Скорость × Площадь поперечного сечения
В стационарных условиях произведение скорости и площади поперечного сечения остается постоянным в любой точке вдоль трубы. Например, если скорость измеряется на уровне 10 футов в секунду, а площадь поперечного сечения составляет 10 квадратных футов, то расход будет равен 10 × 10 = 100 кубических футов в секунду.
Методы измерения расхода в открытых каналах
Метод визуальной оценки
Этот базовый подход заключается в оценке расхода путем визуального определения скорости и площади поперечного сечения. Использование линейки может повысить точность измерения площади, а секундомер позволяет измерить время, за которое плавающий мусор преодолевает известное расстояние, чтобы оценить скорость.
Применение: Сценарии с низким расходом или приблизительные оценки.
Метод глубина-расход (уравнение Мэннинга)
Когда известны геометрия и уклон канала, а также течение является равномерным, уравнение Мэннинга рассчитывает расход с использованием измерений глубины. Формула связывает скорость с глубиной, уклоном и коэффициентом шероховатости Мэннинга (n).
Примечание: Не подходит для постепенно изменяющегося течения (например, обратной воды выше плотин). Геологическая служба США (USGS) часто использует этот метод, применяя гидравлические модели для установления зависимости уровня расхода.
Основные измерительные устройства
Сооружения, такие как лотки или водосливы, заставляют поток проходить через критическую глубину, создавая однозначную зависимость между глубиной и расходом.
Преимущества: Бесконтактное измерение, высокая надежность.
Недостатки: Потенциальные потери напора. Считается наиболее точным методом для открытых каналов.
Площадно-скоростные расходомеры (AV-расходомеры)
Эти устройства измеряют глубину (преобразованную в площадь) и скорость (с использованием допплеровского ультразвука или оптического слежения за поверхностью) для вычисления расхода с применением уравнения непрерывности. К популярным брендам относятся ISCO, ADS и Hach (Sigma и Marsh-McBirney расходомеры).
Применение: Краткосрочное наблюдение за канализацией.
Недостатки: Требует погружения датчика, частого обслуживания и обеспечивает меньшую точность по сравнению с основными устройствами.
Ультразвуковые расходомеры времени прохождения сигнала
Разработаны для больших труб в нефтяной промышленности, используют время прохождения ультразвуковой волны между датчиками для расчета скорости.
Преимущества: Высокая точность благодаря профилированию скорости по поперечному сечению.
Недостатки: Более высокая стоимость из-за сложной установки.
Методы измерения расхода в полностью заполненных трубах
Расходомеры Вентури
Используют эффект Вентури — сужение потока для создания перепада давления, измеряемого с помощью принципа Бернулли.
Применение: Чистая вода; сточные воды могут вызвать засорение измерительных отверстий.
Турбинные расходомеры
Механические устройства для измерения потока по скорости вращения турбины.
Ограничения: Подходят только для чистой воды; твердые частицы в сточных водах могут заблокировать турбину.
Магнитные расходомеры
Работают на основе закона индукции Фарадея, определяя напряжение, индуцируемое движением жидкости через магнитное поле.
Преимущества: Не создают дополнительных потерь напора; теперь доступны для применения в открытых каналах.
Заключение
Каждый метод обладает уникальными преимуществами, ограничениями и уровнями точности. Выбор подходящей техники зависит от конкретных требований применения. Облачные аналитические инструменты могут повысить эффективность обработки данных и оценки производительности расходомеров.
