[發明專利]泥沙顆粒沉積模擬試驗裝置和方法

有效

• 申請號: 201810844672.9
• 申請日: 2018-07-27
• 公開（公告）號: CN108918359B
• 公開（公告）日: 2020-09-15
• 發明（設計）人: 鄭雪琴;戴江鴻;杜雅楠;李佳霖;蘭柏;潘凌;陳瑞;董陽偉;盧偉甫;孫曉霞;于珊;孫慧芳;曹佳麗;章亮;趙強;唐擁軍
• 申請（專利權）人: 國家電網有限公司;國網新源控股有限公司;國網新源控股有限公司技術中心;國網新源控股有限公司檢修分公司
• 主分類號: G01N15/04
• 分類號: G01N15/04
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 王濤

本發明提供了一種泥沙顆粒沉積模擬試驗裝置和方法，將用于模擬泥沙顆粒的吸水珠加入試驗水槽中平行的兩塊玻璃板之間，并采用動力裝置控制兩塊平行玻璃板左右擺動，使吸水珠隨玻璃板的擺動而運動，模擬泥沙顆粒沉積過程中的受力環境，突破了泥沙顆粒沉積規律研究的時間尺度的限制，另外，激光器發出的激光束經過橫向凹透鏡、縱向短焦凹透鏡、縱向長焦凹透鏡、折射鏡、三角透鏡處理后，轉換成片光照射吸水珠和示蹤粒子，得到位移圖像，處理后得到吸水珠縫隙的水速度場及吸水珠的位移場，利用上述光路減少了片光的雜散光，使得圖像更清晰，進而使最終得到的計算結果更準確。

技術領域

本發明涉及泥沙顆粒研究領域，尤其涉及一種往復潮流作用下的水庫大顆粒泥沙沉積模擬試驗裝置和方法。

背景技術

水庫庫底泥沙沉積是水庫維護和運行中亟待解決的重要問題。水庫泥沙沉積的特點在于，河流攜帶的大顆粒泥沙較多，在河流匯入水庫后，水流流速減緩，輸沙能力降低，其攜帶的大顆粒泥沙就部分或全部的在水庫庫底沉積。在自然界的觀察中通常發現，泥沙的沉積中出現小顆粒泥沙沉積到更底層，大顆粒泥沙相對位置靠上的特點。而導致這種普遍規律的原因卻不清晰，而該規律對于人類對泥沙沉積的打撈和治理具有重要意義。水庫庫底泥沙沉積的特點在于，大型水庫，尤其是山區水庫或高山堰塞湖，往往有多條水源匯入，而不同水源因流量不同會導致水庫內攜沙水體形成往復潮流，往復潮流的出現又增加了對泥沙沉積的研究難度。

泥沙運動領域的物理試驗一般是通過室內長水槽來實現的，而受室內空間大小的限制無法建立無限長的水槽，泥沙在水槽首端進入水槽后，在很短的時間內就被流水攜帶到水槽尾端，導致很難通過試驗研究泥沙顆粒到沉積特性，而泥沙的沉積是長時間運動的結果，因此泥沙顆粒運動研究的時間尺度受限成為本領域亟待解決的問題。

發明內容

有鑒于此，本發明實施例提供了一種泥沙顆粒沉積模擬試驗裝置和方法，解決無法建立無限長的水槽導致泥沙顆粒沉積規律研究的時間尺度受限的問題。

為達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種泥沙顆粒沉積模擬試驗裝置，包括：試驗水槽、動力裝置以及測量裝置；

試驗水槽中設置有兩塊玻璃板以及位于兩塊玻璃板之間的若干吸水珠及示蹤粒子；玻璃板與試驗水槽的底部始終接觸，并且玻璃板長度等于試驗水槽的寬度；

動力裝置連接兩塊玻璃板，可帶動兩塊玻璃板同步擺動，兩塊玻璃板在擺動過程中始終相互平行；

測量裝置包括：

激光粒子成像裝置，用于獲取吸水珠及示蹤粒子的位移圖像；

PC，連接激光粒子成像裝置，接收位移圖像，并根據位移圖像計算吸水珠縫隙的水速度場及吸水珠的位移場；

其中，激光粒子成像裝置包括：激光器、光學轉換裝置以及高速相機；

光學轉換裝置設置于激光器與試驗水槽之間，用于將激光束轉換成片光，以照射吸水珠和示蹤粒子；

光學轉換裝置包括：沿光路方向依次設置的縱向短焦凹透鏡、橫向凹透鏡、折射鏡、縱向長焦凹透鏡以及三角透鏡；

縱向短焦凹透鏡用于對激光光束縱向聚焦；

橫向凹透鏡用于對縱向聚焦之后的激光光束進行橫向聚焦；

折射鏡用于將橫向聚焦之后的激光光束折射至所述縱向長焦凹透鏡；

縱向長焦凹透鏡用于對折射之后的激光光束進行縱向聚焦；

三角透鏡用于對縱向聚焦之后的激光光束進行擴散，得到片光。

一實施例中，

激光器設置于試驗水槽的上方，用于向試驗水槽發射激光束；