摘 要

国内虽已有测量装置但实验过程中耗费大量水资源，并且需要人工不断的倒水测量流量，存在误差，且流量取的是一段时间内的平均值；实验过程中没有测量试样筒出水口和进水口的温度，求得的渗透系数没有进行温度校正。在这里我会提出一种自动化控制装置，控制流量形成水循环，节省资源与人力，并且全程通过压力计，温度计，流量计实时采集测量数据，数据后处理方便快捷，实现了试验的自动化，智能化。

这项毕业设计项目即波动水流渗透全自动控制装置的研究目的就是希望能够在没有人为因素直接参与的情况下，利用外加的控制器主板，给控制器主板用单片机和C语言进行程序编写，用控制器主板连接电脑，再从电脑中的上位机给控制器主板下位机下达命令，控制驱动器、伺服电机、齿轮泵，即达到通过驱动器来控制电动机转 速，根据电动机的转速带动齿轮泵的抽水量，依此不用人工操作来控制齿轮泵的抽水量。再通过渗透装置中的三个孔压传感器，将需要的信息和数据都发送到电脑端上，获得所需要的结果，对应各项数据即渗流系数、拖曳力系数之间的关系。

关键词：多孔介质材料，渗流，全自动控制

Abstract

During the experiment, a lot of water resources are consumed, and the flow rate is measured by artificial backwater continuously, which has errors, and the flow rate takes the average value over a period of time; during the experiment, the temperature of the outlet and inlet of the sample barrel is not measured.Here I will propose an automatic control device to control the flow to form a water cycle, saving resources and manpower, and through the pressure gauge, thermometer, flowmeter real-time acquisition of measurement data, data post-processing convenient and fast, it realizes the automation and intelligentization of the experiment.

The objective of this graduation project project, namely, the research on the automatic control device for the infiltration of fluctuating water flow, is to make use of the external controller motherboard without the direct involvement of human factors, to the controller motherboard with a single-chip microcomputer and C language programming, with the controller motherboard connected to the computer, and then from the computer to the controller motherboard lower computer command, control drive, Servo Motor, gear pump, that is to control the motor speed through the driver, according to the motor speed drive gear pump pumping water, according to this do not need manual operation to control the pump water. The information and data are sent to the computer through three pore pressure sensors in the seepage device, and the results are obtained, which correspond to the relationship between the seepage coefficient and the drag coefficient.

Key Words: Porous Media, seepage flow, fully automatic control

目 录

第一章 绪论 1

1.1 课题研究背景和意义 1

1.2 我国多孔介质全区域渗流技术现状 1

1.3 流体渗透运动分析 2

1.4 渗流技术发展趋势 2

1.5 全自动控制装置的介绍及意义 3

1.6 本章小结 3

第二章 波动水流的渗透拖曳力系数的全自动装置设计 4

2.1 全自动装置模型设计图 4

2.2 实验操作流程 5

第三章 渗流系统的控制系统函数分析 7

3.1 求取渗透系数 7

3.2 求取拖曳力系数 8

3.3 求取水力梯度 8

3.4 求取式样孔隙比 9

3.5 数据分析 9

3.6 本章小结 9

第四章 程序协议和程序编码 10

4.1 MODBUS通讯协议 10

4.2 程序编码 10

第五章 基于LabVIEW的仿真设计 15

5.1 使用LabVIEW的基础介绍 15

5.2 上位机的设计与介绍 16

5.3 下位机的设计和介绍 18

5.4 实验结果 19

5.5 实验数据分析 20

5.6 章节小结 22

第六章 总结和分析 24

参考文献 25

致谢 26

第一章 绪论

1.1 课题研究背景和意义

人类生存在地球上，人与自然的和谐共处永远都是重要课题，从认识自然，了解自然，再到改变自然，是人类生存本能。要做到了解和改变我们周围生活那了解水资源便是最基础的一环，研究含水层中的流体运动规律的学科称为渗透力学；研究生物体内的流动力学称为生物渗透力学；研究土壤中的水分运动规则的科学称为土壤水动力学，多孔介质渗流广泛应用于土木、水利、力学、环境、化工等多个领域。

从水文和水资源方向看，水文循环、水环境保护、水资源利用以及水利工程对于水循环的影响、水力稳定问题等，是水文和水资源学科的重要内容，而它的研究对象是流域水问题。在我们研究生活中的重要水源地下水时，我们会发现与之相关的土壤、地下水、岩土介质等多孔介质的研究都是无法避开的一环，换句话说，多孔介质的研究是调查探索岩层土壤这一项目中核心关键的部分。岩石工程中研究的是岩石介质与工程直接的相互作用，一门新的交叉性学科—岩土水力学便是研究土壤介质渗流，分析岩土工程防渗。而研究多孔介质渗流便可有效的帮助，可以分析岩土体的变形破坏机理和过程，解决如垃圾填埋场的沉降，核废料的化学耦合等都能起到重要作用。同样土壤也是典型的多孔介质，一种非饱和多孔介质，从环境卫生方向考虑的话，土壤的迁移和转化，土壤污染和植被、微生物的相互作用等问题都涉及到多孔介质渗流的基础理论。

而对于地下水而言，大多数含水层都包含在多孔介质之中，运用相关含水层中的渗透规律研究，我们便可以对地下的环境进行探测，无论是水位变化、水质变化亦或是其他生态环境问题，都需要运用到多孔介质渗透机制。