[发明专利]一种适用于液体表面流速的测定装置及方法

权利要求书

1.一种适用于液体表面流速的测定装置，其特征在于：包括运动轨迹限制机构、角位移检测装置（2）、始终浮于液体表面且可随液体流动而自转的浮轮（1）、配重块（5），所述角位移检测装置（2）设于所述运动轨迹限制机构上，浮轮（1）在转动过程中轴向平行于液面且垂直于液体流动方向，浮轮（1）的浸入深度为X，且0.02R<X<0.4R，其中浮轮（1）的半径为R，运动轨迹限制机构限制浮轮（1）沿一条固定的轨迹随液位的改变而升降，运动轨迹限制机构的一端与浮轮（1）的转轴相连，另一端与液体表面上方的固定物（4）相连，所述配重块（5）与所述运动轨迹限制机构连接为一体。

2.根据权利要求1所述的一种适用于液体表面流速的测定装置，其特征在于：所述浮轮（1）的运动轨迹为直线或弧线。

3.根据权利要求1所述的一种适用于液体表面流速的测定装置，其特征在于：所述运动轨迹限制机构包括连杆（3），所述连杆（3）与所述固定物（4）活动相连，所述配重块（5）与所述固定物（4）、连杆（3）连接为一体。

4.根据权利要求3所述的一种适用于液体表面流速的测定装置，其特征在于：所述的运动轨迹限制机构还包括连杆稳定装置，所述连杆稳定装置设于液体表面上方的固定物（4）上。

5.根据权利要求4所述的一种适用于液体表面流速的测定装置，其特征在于：所述的连杆稳定装置由多个定滑轮组（9）组成，连杆（3）穿插过成组定滑轮之间的间隙。

6.根据权利要求1所述的一种适用于液体表面流速的测定装置，其特征在于：所述的运动轨迹限制机构包括滑轨（6）和连杆（3），连杆（3）的一端安装有多只直线轴承（7），所述直线轴承（7）与滑轨（6）滑动相连，所述连杆（3）通过配重拉线（8）与所述配重块（5）相连，所述滑轨（6）固定于液面上方。

7.根据权利要求1所述的一种适用于液体表面流速的测定装置，其特征在于：还包括液位检测装置，所述液位检测装置设于所述运动轨迹限制机构上。

8.根据权利要求1所述的一种适用于液体表面流速的测定装置，其特征在于：所述浮轮（1）为旋成体。

9.根据权利要求1所述的一种适用于液体表面流速的测定装置，其特征在于：所述固定物（4）为万向节。

10.采用如权利要求1-9任一所述测定装置的测量方法，其特征在于：

液体表面实际流速V的计算公式为：V = Y- YX₀/Z + aY³X₀/Z - bY³X₀/Z² + c①，其中，V为通过所述的测定装置测量的表面流速，c为仪表参数，Z表示液体深度，X₀为浮轮（1）的静态浸入深度，Y表示浮轮（1）下缘流速，a为上抬效应修正系数，b为浅水效应修正系数；

液体表面实际流速V的测量方法包括如下步骤：

1）将标准流速仪与本装置同时置于同一通道的液体内，并保持液体静止，调节配重块（5）使浮轮（1）的浸入深度等于额定的静态浸入深度X₀的值；

2）改变实际表面流速V为额定表面流速的5%~10%，为忽略浅水效应，保证10倍以上的液体深度Z与浮轮（1）的浸入深度X的比值，并记录本次测量浮轮下缘流速Y₁的值、实际流速V₁的值、液体深度Z₁的值，其中额定流速为标准流速仪在保证精度条件下能测量的最大值；

3）保持液体深度Z₁不变，改变实际表面流速为额定流速的80%~95%，并记录本次测量浮轮下缘流速Y₂的值、实际表面流速V₂的值；

4）保持实际表面流速V₂不变，为模拟浅水效应，调节液体深度使液体深度Z与浸入深度X的比值为2~4倍，并记录本次测量浮轮下缘流速Y₃、实际表面流速V₃的值、液体深度Z₂的值；

5）通过所述的关系式V = Y- YX₀/Z + aY³X₀/Z - bY³X₀/Z² + c得到如下三个方程式，并通过该方程组确定a、b、c的值；

V₁ = Y₁ - Y₁X₀/Z₁ + aY₁³X₀/Z₁ - bY₁³X₀/Z₁² + c；②

V₂ = Y₂ - Y₂X₀/Z₁ + aY₂³X₀/Z₁ - bY₂³X₀/Z₁² + c；③

V₃= Y₃ - Y₃X₀/Z₂ + aY₃³X₀/Z₂ - bY₃³X₀/Z₂² + c；④

6）在实际测量过程中，通过将a、b、c的值代入①中得到的关系式计算得到液体表面的实际表面流速V。