[發明專利]一種模擬管道繞流及其沖刷的實驗裝置及實驗方法

在審

• 申請號: 201810703856.3
• 申請日: 2018-07-02
• 公開（公告）號: CN108469334A
• 公開（公告）日: 2018-08-31
• 發明（設計）人: 崔凡;鮑壯壯;郝憲杰;郭海軍;路斌
• 申請（專利權）人: 河北博路天寶石油設備制造有限公司;中國礦業大學（北京）
• 主分類號: G01M10/00
• 分類號: G01M10/00;G01N3/02;G01N3/56
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種模擬管道繞流及其沖刷的實驗裝置，其特征在于：所述模擬管道繞流及其沖刷的實驗裝置包括四部分：河床模型、循環機構、管道機構、觀測機構；

河床模型：包括四段U型槽，第一段長條形U型槽通過焊接與第二段半圓形U型槽連接，第二段半圓形U型槽通過焊接與第三段長條形U型槽連接，第三段長條形U型槽通過焊接與第四段半圓形U型槽連接；

循環機構：包括供水箱、儲水箱、水泵、輸水管，所述供水箱通過焊接與河床模型的第一段U型槽端口連接，所述儲水箱通過焊接與河床模型的第四段U型槽端口連接，所述水泵放置在儲水箱底部，所述輸水管一端與水泵泵頭連接，另一端伸入供水箱中；

管道機構：包括管道夾具、管道，所述管道夾具為一U型槽，倒掛在河床模型U型槽的槽壁上，左右各一個形成一對夾具，管道夾具在河床模型U型槽的槽壁上可以自由移動，U型槽的一側插入一個螺栓，用于固定管道夾具在河床模型上的位置，U型槽的另一側焊接一個圓環，可以將管道插入，固定管道；

觀測機構：包括高速攝像機，所述高速攝像機通過支架固定在管道正上方1m處，鏡頭正對管道。

2.根據權利要求1所述的模擬管道繞流及其沖刷的實驗裝置，其特征在于：所述河床模型第一段長條形U型槽長為3m，槽寬0.5m，槽壁高0.3m，與水平夾角15°；第二段半圓形U型槽內徑2m，外徑3m，槽寬0.5m，槽壁高0.3m，水平放置；第三段長條形U型槽長為3m，槽寬0.5m，槽壁高0.3m，與水平夾角15°；第四段半圓形U型槽內徑2m，外徑3m，槽寬0.5m，槽壁高0.3m，水平放置。

3.根據權利要求1所述的模擬管道繞流及其沖刷的實驗裝置，其特征在于：所述儲水箱為2m×2m×0.5m的長方體鐵質水箱，通過焊接與河床模型第四段U型槽端口連接，儲水箱上表面完全開口，與第四段U型槽端口連接的一面，上半面開口下半面封閉，在儲水箱底部裝有變頻水泵。

4.根據權利要求1所述的模擬管道繞流及其沖刷的實驗裝置，其特征在于：所述供水箱為2m×2m×0.5m的長方體鐵質水箱，供水箱上表面完全開口，與河床模型第一段U型槽端口連接的一面，上半面開口下半面封閉。

5.根據權利要求1所述的模擬管道繞流及其沖刷的實驗裝置，其特征在于：所述管道夾具為一2cm長的U型槽，槽寬1cm，兩側高5cm，在U型槽的一側開孔，插入一個螺栓，U型槽的另一側焊接一直徑10cm的圓環。

6.根據權利要求1所述的模擬管道繞流及其沖刷的實驗裝置，其特征在于：所述輸水管為內徑25mm、外徑32mm的生膠水管，長度為2.5m，水管一端與水泵泵頭連接，另一端伸入供水箱中。

7.根據權利要求1所述的模擬管道繞流及其沖刷的實驗裝置，其特征在于：所述河床模型第一段U型槽與循環機構供水箱通過焊接連接，第四段U型槽與循環機構儲水箱通過焊接連接，儲水箱與供水箱之間通過輸水管連接，整個實驗裝置為一個閉合系統，在實驗裝置中加入水，打開水泵，水流便可以在實驗裝置內形成內循環。

8.一種模擬管道繞流及其沖刷的實驗裝置實驗方法，其特征在于，采用如權利要求1至7任一項所述的模擬管道繞流及其沖刷的實驗裝置，包括以下步驟：

a、選擇所需模擬的河床類型，并將不同河床類型對應的河床介質均勻鋪設于河床模型之上；

(1)基巖河床，基巖河床的河床介質從上到下分為三層，依次為：

①5cm厚的粒徑為1-2cm的卵石層；

②5cm厚的粒徑為2-3cm的卵石層；

③5cm厚的粒徑為3-5cm的卵石層；

(2)基巖-沖擊混合型河床，基巖-沖擊混合型河床的河床介質從上到下分為三層，依次為：

①5cm厚的粒徑為1-2mm的細沙層；

②5cm厚的粒徑為2-3mm的粗砂層；

③5cm厚的粒徑為1-2cm的卵石層；

(3)沖積河床，沖積河床的河床介質從上到下分為三層，依次為：

①5cm厚的粒徑小于1mm的細沙層；

②5cm厚的粒徑為1-2mm的細沙層；

③5cm厚的粒徑為2-3mm的粗砂層；

b、選擇所需模擬的管道鋪設方式；

(1)管道與河流垂直，截取一內徑8cm，外徑9cm，長度為49cm的鐵質管道，將管道插入管道夾具的圓環內，移動管道夾具在河床模型上的位置，使管道與河床夾角為90°，擰緊管道夾具上的螺栓，使管道夾具固定在河床模型上；

(2)管道與河流夾角60°，截取一內徑8cm，外徑9cm，長度為57cm的鐵質管道，將管道插入管道夾具的圓環內，移動管道夾具在河床模型上的位置，使管道與河床夾角為60°，擰緊管道夾具上的螺栓，使管道夾具固定在河床模型上；

(3)管道與河流夾角45°，截取一內徑8cm，外徑9cm，長度為70cm的鐵質管道，將管道插入管道夾具的圓環內，移動管道夾具在河床模型上的位置，使管道與河床夾角為45°。擰緊管道夾具上的螺栓，使管道夾具固定在河床模型上；

c、在儲水箱和供水箱中分別加入1/2的水，打開水泵，水通過輸水管從儲水箱中流入供水箱中，待供水箱中的水自然溢出流入河床模型，通過調節水泵的功率，實現對流量的調節；

水泵功率	50W	60W	70W	80W	90W	100W
水泵流量	6000L/H	7000L/H	8000L/H	9000L/H	10000L/H	12000L/H

d、整個水流循環起來后，啟動高速攝像機，通過高速攝像機對管道及管道下部河床介質進行自動拍照記錄，整個實驗進行八小時，則一組實驗結束；

e、改變河床介質、管道鋪設方式、水流量這三個因素開始下一組實驗，重復步驟a-d。