[實用新型]一種模擬水溫分層流動的實驗裝置

有效

• 申請號: 201420216321.0
• 申請日: 2014-04-30
• 公開（公告）號: CN204000743U
• 公開（公告）日: 2014-12-10
• 發明（設計）人: 劉之平;孫雙科;柳海濤;鄭鐵剛;姜涵;呂強;邊永歡;張國強;樊書剛
• 申請（專利權）人: 中國水利水電科學研究院
• 主分類號: E02B1/02
• 分類號: E02B1/02
• 代理公司: 北京國林貿知識產權代理有限公司 11001
• 代理人: 袁建水

技術領域

本實用新型涉及一種模擬水溫分層流動的實驗裝置，是一種環保生態水工實驗裝置，是一種用于對水庫、深水河流由淺入深的水流流動和水溫變化的模擬實驗的裝置。

背景技術

工程實踐表明，調節性好的水庫在壩前水深方向均呈現不同程度的水溫分層，同時水庫為保證發電及工農業引水需要，進水口均要求有一定淹沒深度，在夏季水庫高水位運行且水溫分層明顯的情況下，下泄水溫較建壩前的天然河道水溫明顯降低，從而帶來一系列低溫水影響，如對河谷小氣候的影響，對下游河道水生生態的影響，對農業灌溉的影響等。特別是對水生生態的影響，下泄低溫水可能嚴重影響水生生物如魚類、爬行類、兩棲類動物的產卵與生長，甚至導致物種的消失。因此，研究水庫水溫分層變化與下泄水溫，以及兩者之間相互關系是分層取水和保護生態環境的重要研究課題。

采用水溫分層物理模型實驗方法，是研究分層取水問題的廣泛應用和十分有效的技術手段。現有的水溫分層流動模擬方法是在實驗水池內緩緩地分層注入不同溫度的水，由于密度的不同，冷水下潛熱水上浮，最終形成水溫分層條件，然后開啟取水裝置，形成水溫分層流動。例如：中國專利《水庫水溫分層模擬方法》（公告號：CN101775787，公告日2010.7.14），先通過加熱系統將不同加熱池內的水體分別加熱，然后利用該裝置將不同溫度的水體一次性注入模型水庫，靜置模型水庫內水體，最后形成多層水庫水溫。上述方法雖然能在初期形成水溫垂線分布，然而一旦開始取水，水庫內形成流動狀態，水溫垂線分布又將發生變化，同時庫內水體逐漸減少。模擬過程中水溫-流場無法達到穩定狀態，持續時間也較為短暫，因此仍無法模擬出大型水溫分層型水庫中，進水口取水引起的分層流動過程，即無法長時間模擬動態流場中的穩定分層溫度場。

實用新型內容

為了克服現有技術的問題，本實用新型提出了一種模擬水溫分層流動的實驗裝置。所述的裝置通過分層加熱和分層供水，能夠更加準確的實現水庫分層取水模擬，能夠長時間的模擬動態流場中的水溫分布的變化過程，精確的獲取下泄水溫的動態變化實驗數據，更好地指導工程實踐。

本實用新型的目的是這樣實現的：一種模擬水溫分層流動的實驗裝置，包括：循環水庫，所述的循環水庫設有至少一個帶有供水管和進水閥的抽水泵，所述的供水管依次與供水區、加熱區、測試區、泄水區連接，所述的泄水區與循環水庫連接；所述的供水區設置帶有控制水位的供水溢流堰的供水前池；所述的供水前池中設有至少一個帶有噴水管、導流板和進水格柵的水流驅動器；所述的加熱區設有至少一個帶有分層隔板和分布在分層隔板之間的多個加熱棒的電加熱箱，所述的加熱棒與加熱箱控制柜電聯接；所述的測試區內設置實驗水池，所述的實驗水池中均布多個水溫傳感器；所述的泄水區設有疊梁門溢流堰和泄水池，所述的泄水池連接多根帶有泄水閥的泄水管，各個泄水管分別設置電磁流量計和水溫傳感器，所述的水溫傳感器和電磁流量計與水溫數據采集與處理器電連接。

進一步的，所述的電加熱箱出口處設置八字形的擴口導流板。

進一步的所述的進水前池中設置三個水流分層器，所述的三個水流分層器分別與各自的電加熱箱連接，三個電加熱箱分別設置各自的擴口導流板。

進一步的，所述的測試區中的水溫傳感器為桿式多點水溫傳感器，所述的泄水管中的水溫傳感器為單點式水溫傳感器。

本實用新型產生的有益效果是：本實用新型所述的裝置采用的水流驅動器，在進水階段將上部水流平穩地推進至加熱箱，下部水流通過冷水通道進入實驗水池，通過電加熱箱中的分層隔板將水流分為較為明確的層次，在電加熱箱中通過分層隔板之間的電加熱棒，將各層水流分別加熱，形成不同溫度的出流，模擬真實水庫泄水時流動的溫度場。本實用新型所述的方法在實驗中利用進水溢流堰的高度和進水閥調節和控制實驗水池中的水位和流場，通過開啟和關閉電加熱棒的數量調節和控制實驗水池中水體的三維溫度場。與現有技術相比，本實用新型所述的裝置可以同步獲得穩定的分層溫度場與流速場，克服了現有技術無法長時間模擬動態流場中的穩定分層溫度場，能夠直接進行穩態條件下水溫分層流動的模擬實驗。

附圖說明

下面結合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明。

圖1是本實用新型的實施例一所述裝置的結構示意圖；

圖2是本實用新型的實施例一所述裝置的結構示意圖，是圖1中A-A向剖視圖；

圖3是本實用新型的實施例三所述并排設置的三個水流分層器和三個電加熱箱的結構示意圖。

具體實施方式

實施例一：