[實用新型]一種試驗水槽

有效

• 申請號: 201720242358.4
• 申請日: 2017-03-14
• 公開（公告）號: CN206740360U
• 公開（公告）日: 2017-12-12
• 發明（設計）人: 嚴士常;周雅;朱瑞虎;李同飛;楊越
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G01M10/00
• 分類號: G01M10/00;G09B23/12
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙)32204
• 代理人: 柏尚春

技術領域

本實用新型是涉及一種試驗水槽，具體地說是涉及一種能夠準確控制流量并清晰觀察水流流態的試驗水槽。

背景技術

擁有港航專業的高校需要通過水流試驗來加深學生對水力學、河流動力學等課程知識的理解。部分高校現有實驗設備僅能滿足一些基礎工作，如直接從水泵向試驗水槽中加水，通過直尺測量水槽中某一斷面左、中、右的水位，在斷面左、中、右三處分別架設旋槳式流速儀來測量垂線平均流速，在水槽中滴入紅墨水或放入木屑來觀察水流流態。現有試驗過程中未測量水槽的進出水口流量來保證水流恒定，若水流不恒定，試驗中所測得的水流統計規律就沒有實際意義。此外，加入的紅墨水、木屑難以從水中析出，不便于循環使用且長時間放置后易使水槽附著紅色或產生異味。

實用新型內容

實用新型目的：為克服現有技術不足，本實用新型旨于提供一種試驗水槽。

技術方案：為解決上述技術問題，本實用新型采用如下技術方案：

一種試驗水槽，包括進水箱、帶轉彎段水槽、出水箱、儲水箱、水泵和示蹤球，所述進水箱設有進水口和第一矩形薄壁堰，出水箱設有出水口和第二矩形薄壁堰；所述進水箱、帶轉彎段水槽和出水箱順次相接，儲水箱通過連接管分別與進水口、出水口相接；水泵設在進水箱與儲水箱之間的連接管上；示蹤球設在帶轉彎段水槽內。

工作原理：本實用新型試驗水槽試驗水槽通過對進水箱加水到一定程度后，測量第一矩形薄壁堰和第二矩形薄壁堰處的堰上水頭，運用公式計算得到進入帶轉彎段水槽的流量和流出帶轉彎段水槽的流量，比較兩處流量是否相等即可判斷帶轉彎段水槽中是否為恒定流；確定水流為恒定流后，用常規實驗儀器進行水位、流速測量常規試驗；再將常規實驗儀器取出，保持水流恒定，向進水箱中加入示蹤球，示蹤球浮在水中，用相機記錄示蹤球的狀態即可直觀地描述順直段、轉彎段的水流運動規律；對于轉彎段的橫向環流分析，帶轉彎段水槽中放入丁壩后的丁壩回流區范圍、回流強度、回流區形態分析等問題都能有較為清晰地解釋。

所述帶轉彎段水槽上設有通氣管。由于計算流量系數時，要求堰流水舌下緣為大氣壓強，否則水舌下部空氣會被水流帶走形成負壓，計算得到的流量系數與實際的流量系數會產生較大偏差影響流量計算精度，通氣管用于保證壓強要求。

所述第一矩形薄壁堰和第二矩形薄壁堰溢流寬度相同，第一矩形薄壁堰堰高高于第二矩形薄壁堰。能使帶轉彎段水槽上下游有水頭差，水流易產生流動，試驗現象更加明顯。

所述進水箱內正對進水口位置設有擋水板。能使水流沖擊到板上后向擋水板四周均勻擴散，保持水流穩定。

所述出水箱內與帶轉彎段水槽連接處設有帶孔擋板，帶孔擋板均勻設有一個以上圓孔，圓孔孔徑小于示蹤球直徑。能在試驗結束后可從帶孔擋板上收集示蹤球，能使示蹤球重復使用，從而達到不影響水質且循環利用。

所述示蹤球為密度為1g/cm³的白色示蹤球。能使白色示蹤球懸浮在水中，用相機記錄白色示蹤球的狀態即可直觀地描述順直段、轉彎段的水流運動規律。

對于轉彎段的橫向環流分析，帶轉彎段水槽中放入丁壩后的丁壩回流區范圍、回流強度、回流區形態分析等問題都能有較為清晰地解釋。

上述的試驗水槽的試驗方法，包括以下步驟：

(1)試驗開始，打開水泵，從儲水箱中加水進入進水箱，由于水泵壓力較大，會使進水中水流有向上沖的趨勢，擋水板使水流沖擊到板上后向擋水板四周均勻擴散，保持水流穩定；

(2)經過一段時間的加水，進水箱中第一矩形薄壁堰上形成堰上水頭H，第一矩形薄壁堰的溢流寬度小于帶轉彎段水槽的寬度，此處的堰流為自由出流且沒有側收縮，根據公式：

式中：Q為流量，m₀為流量系數，B為溢流寬度，g為重力加速度，H為堰上水頭，a為堰高；

可求得進入帶轉彎段水槽的流量Q1；

運用式(2)計算流量系數時，要求堰流水舌下緣為大氣壓強，否則水舌下部空氣會被水流帶走形成負壓，計算得到的流量系數與實際的流量系數會產生較大偏差影響流量計算精度，通過設置通氣管來保證壓強要求，同理，帶轉彎段水槽尾部也會形成類似的堰流，第一矩形薄壁堰和第二矩形薄壁堰的溢流寬度相同，堰高不同，第一矩形薄壁堰的堰高高于第二矩形薄壁堰，使帶轉彎段水槽上下游有水頭差，水流易產生流動，試驗現象更加明顯；

出水箱的寬度大于第二矩形薄壁堰的溢流寬度，第二矩形薄壁堰處的堰流為自由出流且無側收縮，用式(1)、(2)計算流出帶轉彎段水槽的流量Q2；