[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

本發明公開了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，包括實驗魚體供氧裝置、實驗魚體反應區、模擬流道渦流生成裝置、實驗記錄裝置和實驗循環用水裝置。實驗魚體供氧裝置包括氧氣罐、通氣閥和氧氣管路；實驗魚體反應區包括頂部開兩個小孔的密封水箱和真空壓力表；所述模擬流道渦流生成裝置包括滾筒或波輪、電磁繼電開關系統和網格海綿；實驗記錄裝置包括高速攝像機和放大顯示屏；實驗用水循環處理裝置包括吸水管路和壓水管路、水泵和水體過濾裝置。本發明旨在采用一種經濟環保、簡單易行和效果明顯的方法，得到理想的水輪機流道渦流對過機魚體影響的模擬效果，為進一步構造“親魚型”水輪機提供數據支撐。

技術領域

本發明涉及一種模擬水輪機流道渦流對過機魚體影響的實驗裝置及其實驗方法。

背景技術

水輪機是將水流能量轉化為轉輪旋轉機械能的一種水力原動機，它主要利用水流的動能和勢能做功，是水電站的主要動力設備，用來帶動發電機工作以獲取電能，但水輪機在運行過程中對魚類可能造成一定的損傷。洄游性魚類在穿過水輪機時將遭受嚴重的傷害，非洄游性魚類也可能由于水輪機的運行被吸入水輪機流道而受到傷害。對普通的水輪機，魚類通過水輪機的死亡率超過30%。

根據1995年美國陸軍工程師團（USACE）水輪機流道魚類存活率研究小組分析，魚類通過水輪機流道下行時可能受到傷害的機理有機械、壓力、剪切力和空蝕等四種。其中機械原因是指魚類通過水輪機流道時與流道內水輪機元件或水流中的物件相撞擊摩擦而損傷：壓力原因是這魚類在通過水輪機流道內進行能量轉換的地方，會出現壓力突然改變的情況而受到傷害；剪切力原因是指水輪機流道中靠近固體邊界附近出現較大的剪切應力而傷害魚類；空蝕原因是指水輪機流道內發生的空蝕現象，氣泡在形成到潰滅的過程中，其附近將產生高壓沖擊波或者高速微射流，進而對魚類造成損傷。

在上面提到的四類原因中，剪切應力還與流場中的渦流強度有關，如在轉槳式水輪機導葉端面、葉片與轉輪的間隙處，由于漏水造成的水流分離而引起的渦流產生較強的剪切應力。尾水管中的渦流也將產生較強的剪切力。此外，渦流還能使魚類迷失方向，使其更易被其他魚類和鳥類所捕食。

為了進一步構建“親魚型”水輪機，有必要發現各種機理對魚類的損傷，從而改造水輪機結構，通常采用的是人工模擬實驗。本發明旨在采用一種經濟環保、簡單易行和效果明顯的方法，用一種實驗裝置模擬水輪機流道渦流對過機魚體影響，盡可能得到理想的模擬效果。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供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，進而得到魚體在不同速度、不同方向和不同大小渦流下的不同反應的數據資料，為進一步改善水輪機的結構提供支持。

為了解決上述技術問題，本發明提出以下技術方案：一種模擬水輪機流道渦流對過機魚體影響的實驗裝置，它包括用于給實驗魚體提供氧氣的實驗魚體供氧裝置，用于給實驗魚體進行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，所述氧氣罐通過氧氣管路直接向實驗魚體反應區供氧，所述氧氣罐上設置有數字顯示操作臺，通過數字顯示操作臺控制氧氣罐輸出的氧氣量；所述氧氣管路在靠近氧氣罐的一端設置有通氣閥，通過通氣閥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，所述密封水箱為透明的鋼化玻璃拼裝而成，在其頂部設置有第一孔和第二孔，所述第一孔上穿過氧氣管路；所述第二孔上穿過供水供氣管路；所述密封水箱頂部設置有真空壓力表，并監測密封水箱內的壓強。

所述模擬流道渦流生成裝置包括滾筒、電磁繼電開關系統、放大電路和計算機；所述滾筒通過放大電路與計算機連接，由計算機來控制滾筒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；所述滾筒通過電磁繼電開關系統安裝在密封水箱的底部；所述滾筒外圍罩著一層網格海綿。