[發(fā)明專利]壩下河道過飽和氣體加速釋放研究的實驗裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310424227.4
• 申請日: 2013-09-17
• 公開（公告）號: CN103485305A
• 公開（公告）日: 2014-01-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 戴會超;張鴻清;毛勁喬;胡騰飛;趙倩;吳丹鳳
• 申請（專利權(quán)）人: 河海大學(xué);中國長江三峽集團(tuán)公司
• 主分類號: E02B1/02
• 分類號: E02B1/02
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 繆友菊

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于水利水電工程流域，涉及一種壩下河道溶解氣體過飽和的實驗裝置，具體的說是一種壩下河道過飽和氣體加速釋放研究的實驗裝置。

背景技術(shù)

隨著高壩的大量修建，以此帶來的環(huán)境問題愈益受到關(guān)注。高壩泄水過程中，由于泄水水頭高、流速大，使大量空氣卷吸進(jìn)入水流，從而形成強(qiáng)摻氣水流。當(dāng)攜帶大量氣泡的水流與壩下水體碰撞并進(jìn)入深水區(qū)時，受紊動作用和水壓變化的影響，大量氣體釋放并溶解于水體，使得水體飽和度增加從而形成過飽和水流。在天然河道中，過飽和氣體較難從深水中析出，這樣就導(dǎo)致了過飽和氣體將隨水流輸移至河道下游很長的一段距離。河道水體中含有過量的氣體，易引發(fā)魚類氣泡病，嚴(yán)重威脅它們的生存和繁殖。

影響天然河道水體過飽和氣體釋放的外界因素眾多，主要有：（1）在復(fù)雜河道上的天然節(jié)點（突縮或突擴(kuò)的兩岸地形）、河道底坡以及人工節(jié)點（水下潛壩，兩岸丁壩，建在水利工程樞紐下游的生態(tài)壩等）的影響下，河流水力特性將發(fā)生不同程度的變化，影響水流紊動，進(jìn)而會影響過飽和氣體的釋放析出；（2）在氣象因素影響下，水體理化特性發(fā)生一定程度的變化，尤其是水體水溫在一定程度上也會影響壩下河道中過飽和氣體的釋放速率；（3）天然河流一般夾雜著泥沙顆粒，泥沙顆?？梢栽谒w中可以作為氣體依附的介質(zhì)，可以使得過飽和氣體加速析出聚成小氣泡，隨后小氣泡隨水流流動并且上浮至水面進(jìn)入大氣。

目前關(guān)于復(fù)雜因素對壩下河道中過飽和氣體釋放的影響機(jī)理研究和觀測手段都相對匱乏?，F(xiàn)有技術(shù)常采用原型觀測、物理模型實驗以及室內(nèi)裝置實驗等方法，但由于影響天然河流過飽和氣體釋放的因素眾多，這些研究手段均在不同程度上存在困難和局限性，具體表現(xiàn)在：

（1）原型觀測。該方法成本較高，觀測極為不便，觀測者需到壩體下游河道現(xiàn)場進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；因過飽和氣體會隨水流輸移至河道下游很長距離，且壩體下泄水體的流量、流速、摻氣量、下游水深等諸多物理因素存在不可重復(fù)性或不可控制性。

（2）物理模型實驗。物理模型實驗受場地條件的限制，難以實現(xiàn)開展大比尺模型實驗工作；而小比尺物理模型實驗又可能會忽略河道兩岸邊界條件對過飽和氣體釋放的影響，同時不能較好的解決因相似率問題帶來的摻氣量少等問題。

（3）室內(nèi)裝置實驗?zāi)M?，F(xiàn)有技術(shù)的思路主要是針對流動性（水槽實驗）或非流動性（攪拌實驗）的水體，測量水流紊動、泥沙等與氣體釋放的關(guān)系；以上手段不能體現(xiàn)復(fù)雜河道形態(tài)及水利工程對過飽和氣體釋放的影響，也不能模擬水沙動態(tài)分布對過飽和氣體釋放的影響過程，因而很難根據(jù)該傳統(tǒng)技術(shù)進(jìn)行針對氣體過飽和加速釋放措施的深入開發(fā)。

因此，需要設(shè)計一種新型實驗裝置來彌補(bǔ)已有技術(shù)不足，能夠準(zhǔn)確測量水體紊動、泥沙、河道節(jié)點邊界、水溫等因素對壩下河道中過飽和氣體釋放的影響，為設(shè)計過飽和氣體加速釋放措施提供技術(shù)支撐。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種壩下河道過飽和氣體加速釋放研究的實驗裝置，滿足不同紊動強(qiáng)度、不同泥沙組分、不同河道節(jié)點邊界、不同溫度條件下測量研究各因素與過飽和氣體釋放間的關(guān)系，且可以實現(xiàn)水體的循環(huán)利用，節(jié)約人力和財力，提高整體實驗效率。

技術(shù)方案：本發(fā)明所述的壩下河道過飽和氣體加速釋放研究的實驗裝置，包括依次連接的循環(huán)水池、變頻水泵、高壓釜、可變坡的恒溫水槽和沉砂池，所述沉砂池的出水口與所述循環(huán)水池進(jìn)水口連接形成水循環(huán)；所述循環(huán)水池和可變坡度的恒溫水槽的頂端均為敞口，與大氣相連。

所述高壓釜還與向所述高壓釜輸入氧氣的供氣箱連接；所述高壓釜上設(shè)置有調(diào)節(jié)氣閥、安全氣閥、氣壓表以及總?cè)芙鈿怏w測定儀；

所述恒溫水槽的兩側(cè)壁頂部設(shè)置有輸沙箱；所述恒溫水槽中還設(shè)置有紊動加速裝置、節(jié)點模型、前端總?cè)芙鈿怏w測定儀、后端總?cè)芙鈿怏w測定儀、前端ADV三維流速測量儀和后端ADV三維流速測量儀，所述紊動加速裝置懸設(shè)在所述恒溫水槽中，所述節(jié)點模型固定在所述恒溫水槽的底部；所述前端總?cè)芙鈿怏w測定儀和所述前端ADV三維流速測量儀設(shè)置在所述恒溫水槽內(nèi)的進(jìn)水口處；所述后端總?cè)芙鈿怏w測定儀和所述后端ADV三維流速測量儀設(shè)置在所述恒溫水槽內(nèi)的出水口處；所述恒溫水槽的底部中央設(shè)置有溫度控制儀。

優(yōu)選地，所述恒溫水槽的兩側(cè)壁頂部為弧形軌道，所述輸沙箱沿所述弧形軌道滑動。

優(yōu)選地，所述輸沙箱由金屬材料制成，它的上部為長方體，下部為梯形臺；輸沙箱可自由在弧形軌道滑動。所述輸沙箱底部設(shè)有攔沙板，攔沙板的外拉板上標(biāo)有刻度，可以調(diào)節(jié)控制漏沙口的開度；所述輸沙箱上設(shè)置有電子稱重器和重量傳感器，可測定輸沙箱內(nèi)泥沙的重量。