[發明專利]泥沙顆粒沉積模擬三維試驗裝置和方法

有效

• 申請號: 201810846643.6
• 申請日: 2018-07-27
• 公開（公告）號: CN108918360B
• 公開（公告）日: 2020-09-11
• 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三維試驗裝置和方法，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，并利用三維測量裝置得到吸水珠縫隙的水速度場及吸水珠的位移場。因為玻璃板的擺動時間不受限制，所以泥沙顆粒受剪應力影響進行運動的時間也不受限制，進而突破了泥沙顆粒沉積規律研究的時間尺度的限制，更好地模擬了泥沙顆粒的沉積過程，試驗數據更準確，利于研究流體速度場對泥沙顆粒沉積規律的影響。

技術領域

本發明涉及泥沙顆粒沉積研究領域，尤其涉及一種用于研究抽水蓄能電站上下游水庫泥沙沉積動力過程的泥沙顆粒沉積模擬試驗裝置和方法。

背景技術

抽水蓄能電站利用電力負荷低谷時的電能抽水至上水庫，在電力負荷高峰期再放水至下水庫發電，其將電網負荷低時的多余電能轉變為電網高峰時期的高價值電能，應用十分廣泛，但是，抽水蓄能電站的這種作業方式導致上下游水庫頻繁的往復潮流，從而導致泥沙被水流攜帶往復運動，影響泥沙的沉積方式；在攜沙河流匯入水庫后，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，想要解決抽水蓄能電站上下游水庫庫底泥沙沉積的問題，首先要明白抽水蓄能電站上下游水庫在往復潮流的作用下，不同粒徑的泥沙縱向沉積的動力過程。

當前泥沙運動領域的物理試驗一般是通過長水槽來實現的，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，因此泥沙顆粒運動研究的時間尺度受限，不能準確得到不同粒徑的泥沙縱向沉積的動力過程，如何在泥沙運動試驗領域，在保證實驗效果的前提下，擺脫水槽的設計框架，突破時間尺度限制，是工程技術人員不斷追求的方向。另外，常規用于研究泥沙運動規律的試驗往往關注宏觀的堆積規律，得到的流體速度場和泥沙的位移特征精確度不高。

發明內容

本發明實施例提供了一種泥沙顆粒沉積模擬三維試驗裝置和方法，解決現有技術中泥沙顆粒運動研究的時間尺度受限導致不能準確得到不同粒徑的泥沙縱向沉積的動力過程、得到的流體速度場和泥沙的位移特征精確度不高的問題。

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三維試驗裝置，包括：試驗水槽、動力裝置以及三維測量裝置；

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；

三維測量裝置包括：

激光粒子成像裝置，包括：多組并排設置的光線照射裝置以及一高速相機，多組所述光線照射裝置的光路相互平行，所述高速相機用于獲取所述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。

一實施例中，

每組光線照射裝置均包括激光器以及光學轉換裝置；

多組光線照射裝置的激光器均設置于試驗水槽的側面，用于向試驗水槽發射相互平行的多組激光束；

多組光線照射裝置的各光學轉換裝置均設置于對應激光器與試驗水槽之間，用于將對應激光器發射的激光束轉換成片光，以照射吸水珠和示蹤粒子；

高速相機位于試驗水槽的正面或背面，用于拍攝位移圖像，

PC機連接高速相機，用于設置高速相機的拍攝頻率，并接收高速相機拍攝的位移圖像。

一實施例中，光線照射裝置為N組，