[發明專利]一種模擬異重流在峽谷中運動的試驗裝置及方法

在審

• 申請號: 201810387908.0
• 申請日: 2018-04-26
• 公開（公告）號: CN108398237A
• 公開（公告）日: 2018-08-14
• 發明（設計）人: 林穎典;熊杰;劉雅鈺;韓東睿;錢煜鵬;袁野平
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01M10/00
• 分類號: G01M10/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 忻明年

1.一種模擬異重流在峽谷中運動的試驗裝置，包括平坡水槽（1）、斜坡水槽（9）、儲水箱（11）、激光儀（8）、液壓千斤頂（12）、CCD相機（16），閘門（10）；其特征在于：平坡水槽（1）與斜坡水槽（9）采用鉸接方式直接連通，斜坡水槽（9）和儲水箱（11）采用鉸接方式，斜坡水槽（9）和儲水箱（11）通過閘門（10）隔開；

所述的平坡水槽（1）與斜坡水槽（9）上方安裝可移動激光儀（8），側面安裝CCD相機（16）；

所述的平坡水槽（1）裝有排水設施（3）并且固定在不可移動承重臺（4）上；

所述的平坡水槽（1）、斜坡水槽（9）、儲水箱（11）斷面均采用組合圖形，上方為矩形、下方為倒置的等腰梯形；平坡水槽（1）兩端斷面尺寸一致，斜坡水槽（9）斷面尺寸由左向右逐漸遞減，最左側與平坡水槽（1）斷面尺寸一致，最右側與儲水箱（11）斷面尺寸一致。

2.根據權利要求1所述的一種模擬異重流在峽谷中運動的試驗裝置，其特征在于：平坡水槽（1）、斜坡水槽（9）、儲水箱（11）的壁面采用亞克力板，所述儲水箱（11）通過液壓千斤頂（12）與方形承重板（17）相連，方形承重板（17）通過導桿（13）與三個滑輪（14）相連接，并且滑輪（14）平面投影中兩兩夾角為120°。

3.根據權利要求2所述的一種模擬異重流在峽谷中運動的試驗裝置，其特征在于：液壓千斤頂（12）高度可調，通過控制液壓千斤頂（12）的高低而控制斜坡水槽（9）的坡度。

4.根據權利要求1所述的一種模擬異重流在峽谷中運動的試驗裝置，其特征在于：CCD相機（16）放置于CCD相機移動平臺（15）上，并且可通過計算機控制隨激光儀（8）同步移動。

5.根據權利要求1所述的一種模擬異重流在峽谷中運動的試驗裝置，其特征在于：平坡水槽（1）與斜坡水槽（9）相接的壁面上帶有刻度尺（5）。

6.一種模擬異重流在峽谷中運動的試驗方法，采用權利要求1所述的裝置，其特征在于：

a.準備

將閘門保持緊閉狀態，向斜坡水槽一側注入清水，即閘門左側，向閘門另一側注入重流體，即閘門右側，清水與重流體均保持同一高度；CCD相機和激光儀保持開機狀態；

b.試驗

試驗過程中可調節參數如下：斜坡水槽坡度、附加模型變化，包含有植被、地形突變；

工況A：斜坡水槽坡度變化工況

閘門保持緊閉狀態，不安裝附加模型，改變斜坡水槽坡度，待清水和重流體的界面穩定后迅速提升閘門，即可實現不同坡度條件下的異重流水動力特性研究；

工況B：植被附加模型變化工況

閘門保持緊閉狀態，在斜坡水槽安裝不同長度、高度、密度和排列方式的剛性植被和柔性植被；待清水和重流體的界面穩定后迅速提升閘門，即可實現異重流在峽谷中運動遭遇不同類型植被的水動力特性研究；

工況C：地形突變附加模型變化工況

閘門保持緊閉狀態，在斜坡水槽安裝不同高度、寬度和形狀的地形突變；待清水和重流體的界面穩定后迅速提升閘門，即可實現異重流在峽谷中運動遭遇不同類型地形突變的水動力特性研究；

其他工況：耦合工況

在試驗中根據實際需求，通過改變斜坡水槽坡度，選擇安裝不同附加模型實現水槽坡度、附加模型變化耦合條件下的異重流水動力特性研究；

另上述試驗進行過程中，首先通過一臺CCD相機記錄異重流全程運動過程，然后通過CCD相機和激光儀移動觀測異重流頭部的速度場、渦度場和能量場的變化情況；

c.整理儀器

試驗結束，整理試驗器材，恢復試驗前狀態；

d.數據處理及分析

試驗結束將異重流的運動過程視頻和局部精細化視頻進行整理分析，以此得到所需試驗結果及結論。