30.3 实验设备和仪器
实验设备为自循环模拟河道实验系统,见第28章的图28.6和图28.7。
实验仪器为钢卷尺、带尺度的测杆、水平尺、LS45-2旋杯式流速仪或旋桨式流速仪、手持式电波流速仪。
旋杯式和旋桨式流速仪的工作原理是:当流速仪放入水流中,水流作用于流速仪的感应元件(或称转子)时,由于它的迎水面的各部分受到水压力不同而产生压力差,以致形成一个转动力矩,使转子产生转动,流速仪转子的转速n与流速之间存在着一定的函数关系,可表示为
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其中
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式中:n为流速仪转子的转速;Δt为流速仪的测量时间;N为Δt时间内流速仪转子的转数;k为阻力系数;c为启动转速。k和c由流速仪制造厂家提供,也可以通过检定槽的实验确定。
利用这一关系,在野外测验中,测得转子的转速n,就可以计算出所测测点水流的流速。(https://www.daowen.com)
手持式电波流速仪是一种利用无线电磁波多普勒效应的测量仪器,是浮标法测流的一种变化方式。其基本原理与多普勒雷达相似,即物体辐射的波长因为波源和观测者的相对运动而产生变化。测定流速时,雷达枪先向水流方向发出无线电波,当电波的能量撞击水面时,波的能量的一小部分返回到雷达设置天线。然后,雷达设备根据发射和返回信号频率的不同,测定水流速度。
手持式电波流速仪测量的是水面波浪迎波面或是水面漂浮物的反射波,所测流速称为水面虚流速,其断面虚流量的计算公式为
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式中:Qx为虚流量;vx为水面虚流速;A为过水断面面积。
实际过水断面的流量需要用浮标系数加以修正,即
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式中:Kj为浮标系数;Q为过水断面的实际流量。
浮标系数Kj应该根据不同流量时流速仪精测法与同时刻浮标法测量结果进行比较得到。在没有标定的测站,根据我国各测站长期积累的测验经验,该值的经验取值范围如下:对于湿润地区的大、中河流取0.85~0.90,小河取0.75~0.85;干旱地区的大、中河流可取0.80~0.85,小河取0.70~0.80。