[發明專利]一種模擬水輪機流道渦流對過機魚體影響的實驗裝置及方法

有效

• 申請號: 201711080219.7
• 申請日: 2017-11-06
• 公開（公告）號: CN107787904B
• 公開（公告）日: 2020-05-12
• 發明（設計）人: 王煜;陳玉;翟振男
• 申請（專利權）人: 三峽大學
• 主分類號: A01K63/00
• 分類號: A01K63/00;A01K63/04
• 代理公司: 宜昌市三峽專利事務所 42103
• 代理人: 李登橋

1.一種模擬水輪機流道渦流對過機魚體影響的實驗裝置，其特征在于：它包括用于給實驗魚體（9）提供氧氣的實驗魚體供氧裝置，用于給實驗魚體提供反應空間的實驗魚體反應區，所述實驗魚體反應區與模擬流道渦流生成裝置相連，還包括用于對實驗過程進行記錄的實驗記錄裝置和用于實驗水體循環回流的實驗循環用水裝置；

所述實驗魚體供氧裝置包括氧氣罐（1），所述氧氣罐（1）通過氧氣管路（4）直接向實驗魚體反應區供氧，所述氧氣罐（1）上設置有數字顯示操作臺（2），通過數字顯示操作臺（2）控制氧氣罐（1）輸出的氧氣量；所述氧氣管路（4）在靠近氧氣罐（1）的一端設置有通氣閥（3），通過通氣閥（3）來控制氧氣輸送的啟閉；

所述實驗魚體反應區包括密封水箱（5），所述密封水箱（5）為透明的鋼化玻璃拼裝而成，在其頂部設置有第一孔（6）和第二孔（7），所述第一孔（6）上穿過氧氣管路（4）；所述第二孔（7）上穿過供水供氣管路；所述密封水箱（5）頂部設置有真空壓力表（8），并監測密封水箱（5）內的壓強；

所述模擬流道渦流生成裝置包括滾筒（10）、電磁繼電開關系統（12）、放大電路（13）和計算機（14）；所述滾筒（10）通過放大電路（13）與計算機（14）連接，由計算機（14）來控制滾筒（10）內置電機的轉動快慢和方向，模擬流道渦流的大小、速度和方向；所述滾筒（10）通過電磁繼電開關系統（12）安裝在密封水箱（5）的底部；所述滾筒（10）外圍罩著一層網格海綿（11）；

所述實驗記錄裝置包括高速攝像機（15）、A/D數模轉換卡（16）與放大顯示屏（17）；所述高速攝像機（15）采用水下攝像機，在水中能夠保持穩定運行；所述高速攝像機（15）通過A/D數模轉換卡（16）與放大顯示屏（17）連接；所述高速攝像機（15）有四臺，在密封水箱（5）的四個角落上均布置有一臺，且布置在密封水箱（5）高度的3/4~4/5處；

所述實驗循環用水裝置包括實驗用水供給裝置和實驗用水收集處理裝置；所述實驗用水供給裝置包括透明水槽（19）、第一壓水管路（22）、第二壓水管路（24）、水泵（20）、可旋轉的無縫彎頭（23）和進水閥（21），所述透明水槽（19）通過第一壓水管路（22）和第二壓水管路（24）與密封水箱（5）相連；所述第一壓水管路（22）和第二壓水管路（24）通過可旋轉的無縫彎頭（23）連接，第一壓水管路（22）的進水口處伸入透明水槽（19）的液面以下直至其底部，第二壓水管路（24）的出水口處伸入密封水箱（5）液面以下約1/2高度處，在進水口處設置有進水閥（21）；所述水泵（20）設置在透明水槽（19）底部并通過進水閥（21）與第一壓水管路（22）相連；

所述實驗用水收集處理裝置包括吸水管路（27）、燈泡式水體過濾裝置（26）以及出水閥（25）；所述燈泡式水體過濾裝置（26）通過吸水管路（27）分別與密封水箱（5）和透明水槽（19）相連接；所述透明水槽（19）收集實驗處理后的水；所述吸水管路（27）在靠近密封水箱（5）的一端設置有出水閥。

2.根據權利要求1所述的一種模擬水輪機流道渦流對過機魚體影響的實驗裝置，其特征在于：所述燈泡式水體過濾裝置（26）內部有五個分離隔層，第一個隔層為矩形網格狀的柵網，第二個隔層填充有細沙子，第三個隔層填充有鵝卵石，第四個隔層填充有蘆葦，第五個隔層填充有活性炭。

3.根據權利要求1所述的一種模擬水輪機流道渦流對過機魚體影響的實驗裝置，其特征在于：所述實驗魚體（9）為8~12cm長的幼魚。

4.采用權利要求1-3任意一項模擬水輪機流道渦流對過機魚體影響的實驗裝置的實驗方法，其特征在于它包括以下步驟：

Step1：組裝上述的實驗裝置，將氧氣管路（4）穿過第一孔（6），第二壓水管路（24）穿過第二孔（7）；

Step2：實驗前的準備，打開自來水開關（18）向透明水槽（19）放水，打開進水閥（21），當透明水槽（19）內的液面到達2/3時，打開水泵（20）向密封水箱（5）注水，直到密封水箱（5）中的液面到達4/5時，關閉自來水開關（18）、水泵（20）和進水閥（21），并通過可旋轉的無縫彎頭（23）將液面以下的第二壓水管路（24）移出液面，空出的第二孔（7）用作排氣孔；同時，打開電磁繼電開關系統（12），保證滾筒（10）緊密地連接在密封水箱（5）的底部；

Step3：實驗過程，先將實驗魚體（9）投放到密封水箱（5）中，為確保實驗魚體（9）的安全生活以降低實驗的誤差，打開氧氣罐（1）和通氣閥（3），通過氧氣管路（4）持續地向實驗魚體（9）通氧，并由數字顯示操作臺（2）來保證輸出氧氣量，在實驗過程中隨時關注真空壓力表（8），避免由于壓強差引起的液體回流；

Step4：通過計算機（14）編寫好程序，在放大電路（13）的連接下，控制滾筒（10）內置電機旋轉的速度和方向，以此來模擬水輪機流道的渦流，記錄下此時密封水箱（5）內水體旋轉的半徑和計算機（14）編寫的程序上電機的控制頻率，保存為一次實驗數據；同時，通過密封水箱（5）外面粗略地觀察實驗魚體（9）的反應，或通過A/D數模轉換卡（16）連接著的高速攝像機（15），投影并記錄到放大顯示屏（17）上的影像資料，詳細地觀察實驗魚體（9）的生理反應；

Step5：關閉所有的實驗區的儀器，取出實驗魚體（9），對其進行生理檢驗，并將放大顯示屏（17）上面的視頻資料加載命名，進一步觀察其反應，確定好一組實驗；

Step6：實驗后的處理，當一組實驗進行完之后，實驗區密封水箱（5）中的水體已經污染，對下一次實驗會有影響，需要處理實驗用水；打開出水閥（25），讓實驗用水通過吸水管路（27）流經燈泡式水體過濾裝置（26），依次經過燈泡式水體過濾裝置（26）中的五層隔層，達到凈化水體的作用；在處理時，打開進水閥（21），讓處理后的水再次通過第一壓水管路（22）進入密封水箱（5），反復循環過濾；處理過后的水體將再一次到達透明水槽（19）中，以備下一次實驗時使用，至此完備的完成了一次實驗的全過程。