Nonintrusive Method to Compute Water Discharge in Pipes with a Low Depth-to-Diameter Ratio Using Ultrasonic Doppler Velocimetry

Abstract

[Abstract] A nonintrusive method to calculate water depth and discharge in partially full pipes using data from a single ultrasonic Doppler velocimeter (UDV) profiler is presented. The position of the free surface is identified from the velocity profiles measured with the UDV. The flow discharge is computed from an approximated parameterization of the velocity field in the cross-section, using a single measured velocity profile. The proposed methodology was applied to steady and unsteady flow conditions in two different pipes with diameters of 90 and 200 mm, and depth-to-diameter ratios up to 0.35. Under these conditions, the water depth and discharge were measured with mean absolute errors of 1 mm and 0.1 L=s in the 90-mm pipe and 0.5 mm and 0.05 L=s in the 200-mm pipe. These errors are almost independent of the discharge

[Resumen] Este trabajo presenta un método no intrusivo para calcular el calado y el caudal en tuberías parcialmente llenas con datos de un solo perfilador Doppler ultrasónico (UDV). La posición de la superficie libre se identifica a partir de los perfiles de velocidad medidos con el UDV. El caudal de flujo se calcula a partir de una parametrización aproximada del campo de velocidades en la sección transversal, utilizando un único perfil vertical de velocidad medido en la sección central de la tubería. La metodología propuesta se ha aplicado a condiciones de flujo estacionarias y no estacionarias en dos tuberías de diámetros de 90 y 200 mm, y relaciones de y/H de hasta 0.35. En estas condiciones, el calado y caudal se midieron con errores medios absolutos de 1 mm y 0.1 L/s en el tubo de diámetro 90 mm y 0.5 mm y 0.05 L/s en el de 200 mm. Estos errores son casi independientes del caudal circulante.