[發(fā)明專利]可拆卸多功能彎曲河道水循環(huán)系統(tǒng)實驗裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110302289.9
• 申請日: 2011-10-10
• 公開（公告）號: CN102507133A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 白玉川;楊樹青
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號: G01M10/00
• 分類號: G01M10/00
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 曹玉平

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明是關(guān)于水利工程實驗裝置的，特別涉及一種彎曲河道水循環(huán)系統(tǒng)的實驗裝置。

背景技術(shù)

彎曲型河流是自然界最為常見的河流形態(tài)，對于彎曲型河流動力過程的研究，既要有重要的理論價值又要具有較大的實用價值。模型實驗是研究彎道水流的一種基本方法。現(xiàn)有對彎道水流的研究雖已有不少成果，但大多都是針對簡單彎道的研究。而對于含有多個河灣的充分發(fā)展的連續(xù)彎道作用下彎道的水流結(jié)構(gòu)、泥沙運動規(guī)律及河床變形規(guī)律等還有待于進(jìn)一步研究。現(xiàn)有的實驗研究對彎道水流的認(rèn)識基本上局限于水流的核心區(qū)域，對水面、邊壁附近的紊流特性研究較少，難以用于對數(shù)學(xué)模型的整體校驗及理論分析。另外目前的很多彎道水循環(huán)系統(tǒng)實驗均是從地下水庫取水，占地面積大且靈活性小。

對于彎曲河道水循環(huán)系統(tǒng)的實驗，流速的測量是實驗的一個主要工作。目前的彎道水循環(huán)系統(tǒng)的實驗常用的流速測量方法很多，且側(cè)重點、使用條件及測量范圍各不相同。主要有：畢托管測速(Pitot?Tube)、旋槳流速儀、激光多普勒流速儀(LDV)、多普勒超聲測速儀(ADV)及粒子圖像測速(PIV)等。對于流量的測量可用流量計讀出。溫度計可直接用于測量實驗水溫。對于床面高程及水位均可使用移動測針讀出。因上述測量手段和技術(shù)的成熟，所以本發(fā)明可以借助上述測量手段和成熟技術(shù)，以更好地發(fā)揮其實驗研究作用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對現(xiàn)有實驗研究中存在的不足和現(xiàn)今技術(shù)的發(fā)展，提供了一種可拆卸多功能彎曲河道水循環(huán)系統(tǒng)實驗裝置。用于研究彎曲河道中的水流特性、泥沙運動特性及水流泥沙相互作用的特性。

彎曲河道的床面和岸壁組成了彎曲河道水流的外邊界條件。邊界條件的不同，使得彎曲河道中行進(jìn)的水流運動特性也與順直河段中不同。彎曲河道中的水流紊流結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，進(jìn)入彎段后，水流紊動強度較入彎前自然狀態(tài)時有所增大，從而會引起水流能量損失的較大增加；由于彎曲河道水流產(chǎn)生了螺旋流動及可能出現(xiàn)的分離現(xiàn)象，水流紊動強度的變化使得彎曲河道水流的阻力要比相同長度的順直河段要大。彎道水流上述這些特有的運動現(xiàn)象，使得其中泥沙運動的規(guī)律也有所不同。因此本發(fā)明可拆卸彎曲河道水循環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計目的就是研究彎道中的水流特性、泥沙運動特性及水流泥沙相互作用特性等，為相關(guān)專業(yè)領(lǐng)域的很多問題的實驗研究提供很好的實驗裝置方案。本發(fā)明使得實驗研究更為方便、精確且更能反映實際情況。同時實驗工作對于數(shù)模計算起到了很好的驗證及對比作用。本發(fā)明可做的實驗包括：(1)清水定床實驗，研究彎道水流的紊流特性及紊流結(jié)構(gòu)；(2)床沙動床實驗，研究挾沙水流的流場特性，泥沙起動及輸移情況，泥沙在水流作用下床面變形情況及河床穩(wěn)定性；(3)研究不同邊界條件，包括內(nèi)在水流泥沙條件及外在邊界條件，對上述兩種實驗的水流泥沙運動規(guī)律的影響。

通常，彎曲河道的水流具有明顯的三維性運動特性，對彎曲河道水流和泥沙規(guī)律的研究，在水利工程學(xué)的許多領(lǐng)域中占有重要的位置。

本發(fā)明通過如下技術(shù)方案予以實現(xiàn)。

可拆卸多功能彎曲河道水循環(huán)系統(tǒng)實驗裝置，包括水泵、水箱、水槽和支承結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述水箱為左水箱1和右水箱2，左水箱1通過左管道固定段9、水泵8、塑料管道段12和右管道固定段10與右水箱2相連通，左管道固定段9上設(shè)置有閥門14和水泵8，右管道固定段10上設(shè)置有流量計11；左水箱1的另一開口端通過左90°彎段水槽5、左直段水槽3、彎段水槽7、右直段水槽4和右90°彎段水槽6與右水箱2的另一開口端相連通，實驗裝置形成閉路的循環(huán)系統(tǒng)；所述左直段水槽3上、與左90°彎段水槽5相連接一端設(shè)置有消能柵13，所述左、右各段水槽上沿的外側(cè)設(shè)置有6cm寬的有機玻璃條；所述實驗裝置的下面設(shè)置有整體支承結(jié)構(gòu)。

所述左水箱1和右水箱2與左管道固定段9和右管道固定段10的連接部位是由矩形漸變?yōu)閳A形的過渡結(jié)構(gòu)；與左90°彎段水槽5和右90°彎段水槽6的連接部位是由矩形漸變?yōu)榫匦蔚倪^渡結(jié)構(gòu)。

所述各段水槽為有機玻璃材料，厚度以滿足實驗水流及泥沙承重與穩(wěn)定性的要求。

所述左水箱1和右水箱2為鑄鐵材料，其厚度以滿足承載力要求。

所述左管道固定段9和右管道固定段10為鐵管，塑料管道段12為螺紋塑料管。

所述左水箱1和右水箱2的內(nèi)部及外部涂有保護(hù)層。

所述彎段水槽7可以借助彎道生成程序，生成正弦派生曲線或者Kinoshita型派生曲線或者任意型曲線，曲線波長應(yīng)保證各相鄰彎道之間有足夠的距離架設(shè)儀器。

所述左管道固定段9上設(shè)置的閥門14為轉(zhuǎn)動閥門。

本發(fā)明的有益效果是：