[實用新型]明渠湍流控制裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201721343271.2
• 申請日: 2017-10-18
• 公開（公告）號: CN207300538U
• 公開（公告）日: 2018-05-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王繼保;夏偉;陳和春;吳歡;申其明;董瑞瑞;胡旭;陳艷超;楊盼;宋基權(quán);向晨光
• 申請（專利權(quán)）人: 三峽大學(xué)
• 主分類號: G01M10/00
• 分類號: G01M10/00
• 代理公司: 宜昌市三峽專利事務(wù)所42103
• 代理人: 成鋼

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型屬于流體力學(xué)壁湍流控制技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種明渠湍流控制裝置。

背景技術(shù)

湍流運動廣泛存在于自然界的明渠水流中，了解壁湍流運動的水力特性對于工程實際問題具有十分重要的現(xiàn)實意義，如: 泥沙運動的規(guī)律、河流污染物的擴散、含植物明渠的水動力特性等。傳統(tǒng)上研究壁湍流主要為了達到對壁湍流的控制效果，以減少壁面阻力為目的，對高速運動的物體施加流動控制來有效的降低壁面阻力，增加飛行器的推進效率和穩(wěn)定性。壁湍流控制有被動控制和主動控制兩種方式，主要有溝槽面法、開孔法、橫向肋條法、功能材料減阻法、抽吸法、大渦破碎器法等。

1.溝槽面法,通過在壁面沿流向上開辟滿足一定條件的微小溝槽，能夠減弱和抑制流場生成流向渦結(jié)構(gòu)，以達到減少阻力的目的，但缺點是溝槽容易被油污、塵埃等雜質(zhì)堵塞而失效，需要經(jīng)常清洗。

2.開孔法，通過在壁面設(shè)置恰當(dāng)?shù)牧庑尉W(wǎng)狀圓坑點點陣結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)能形成一種特殊流態(tài)，是其獲得減阻的主要原因，但在空氣中能否達到和在水中相同的大幅度減阻，有待進一步的研究。

3.橫向肋條法，將垂直于流動方向的小尺寸肋條按一定的間隔距離固定在平板上，分析得出壁湍流表面摩擦阻力減少是由于平均速度分布的改變導(dǎo)致的，但在實際應(yīng)用中還存在一定的局限性。

4.抽吸法，減阻原理主要是通過向壁面邊界層內(nèi)噴高速流體和吸走低速流體，這樣可以降低流暢中的壓差阻力，抑制湍流邊界層的分離，提高了流場邊界層的穩(wěn)定性，并能夠達到降阻的效果。

5.大渦破碎器法，把展向薄板條水平安置在上游近壁面出（小于邊界層的厚度），能夠有效打碎流場中的大渦結(jié)構(gòu)，是湍流猝發(fā)減弱，能夠獲得明顯降阻的效果。

這5種方法是目前壁湍流控制比較成熟的方法，各有優(yōu)缺點，技術(shù)實現(xiàn)起來都比較的復(fù)雜和困難，且它們的主要功能均是減少壁面阻力。因此，本實用新型提出了一種湍流控制板的功能，克服了一般實驗室明渠水槽產(chǎn)生的平均流速較低，平均雷諾數(shù)較小、平均湍流強度較弱，使得實驗儀器采集的數(shù)據(jù)分辨率低、誤差大的問題，用來增強壁湍流的紊動強度，有別于傳統(tǒng)的壁湍流控制只能降阻的局限性，為低雷諾數(shù)明渠湍流實驗研究壁湍流提供可行的研究裝置。

發(fā)明內(nèi)容

本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種明渠湍流控制裝置，結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)置于明渠中底部，用來解決一般實驗室明渠產(chǎn)生的壁湍流較弱的問題，增強壁湍流的紊動強度，提高實驗數(shù)據(jù)采集的可靠性和準確性。

為解決上述技術(shù)問題，本實用新型所采用的技術(shù)方案是：一種明渠湍流控制裝置，該裝置為塊狀體，它包括控制板、進水端和出水端；所述的控制板為水平的板，底部光滑平整；所述的進水端由多段半圓弧組成的弧形結(jié)構(gòu)體；所述的出水端由橢圓形弧面組成的結(jié)構(gòu)體；進水端和出水端分別與控制板兩端頭連接，底部與控制板底部處于同一面上位于明渠中部與渠底接觸，進水端位于來水方向。

所述的進水端由第一四分之一圓柱體和第二四分之一圓柱體相切組合而成，第一四分之一圓柱體和第二四分之一圓柱體的半徑為控制板厚度的一半。

所述的出水端由四分之一橢圓柱體構(gòu)成，橢圓的短半軸與控制板的高度相同，長半軸為短半軸的一倍。

所述的控制板為實心板塊。

所述的控制板、進水端或出水端為多孔結(jié)構(gòu)。

所述的控制板與水流接觸的上表面為粗糙的平整表面、光滑的曲面或粗糙的曲面，曲面為圓弧曲面、橢圓弧曲面、正弦函數(shù)曲面或仿河道地形曲面等。

所述的控制板、進水端或出水端的材料為混泥土、玻璃材料、金屬材料或塑料材料。

一種明渠湍流控制裝置，該裝置為塊狀體，它包括控制板、進水端和出水端；控制板為水平的板，底部光滑平整；進水端由多段半圓弧組成的弧形結(jié)構(gòu)體；出水端由橢圓形弧面組成的結(jié)構(gòu)體；進水端和出水端分別與控制板兩端頭連接，底部與控制板底部處于同一面上位于明渠中部與渠底接觸，進水端位于來水方向。結(jié)構(gòu)簡單，通過控制板、進水端和出水端使上游來水經(jīng)過粗糙或者曲面的不規(guī)則的徑流截面產(chǎn)生湍流場，通過流經(jīng)的水流在控制板邊界產(chǎn)生層效應(yīng)，沿明渠的水流產(chǎn)生一個強烈的湍流場且沿程紊動強度持續(xù)衰減，形成水流特性，通過進水端和出水端使水流流線與湍流控制板恰當(dāng)?shù)你暯樱谕牧髻N近控制板的水流產(chǎn)生不同表面特征約束控制水流，達到對壁湍流的檢測控制，該裝置設(shè)置于明渠中底部，解決明渠產(chǎn)生的壁湍流較弱的問題，增強壁湍流的紊動強度，提高實驗數(shù)據(jù)采集的可靠性和準確性。