[發明專利]一種用于沖刷實驗的脈沖式淹沒沖擊射流實驗裝置及其測量方法

在審

• 申請號: 201910338766.3
• 申請日: 2019-04-25
• 公開（公告）號: CN109974970A
• 公開（公告）日: 2019-07-05
• 發明（設計）人: 王川;成立;焦偉軒;羅燦;張帝
• 申請（專利權）人: 揚州大學
• 主分類號: G01M10/00
• 分類號: G01M10/00;G01B11/24;G01S17/08
• 代理公司: 揚州蘇中專利事務所(普通合伙) 32222
• 代理人: 許必元

本發明公開了一種用于沖刷實驗的脈沖式淹沒沖擊射流實驗裝置及其測量方法，圓形銅管與角度盤可拆卸式固定，沙床放于兩塊擋板中間；蓄水池內的水依次穿過磁力泵、流量計、閘閥、脈沖發生器、聯接軟管、圓形銅管，并從圓形銅管射出，沖擊到沙床上；第一相機、激光紅外線測距儀安裝于水槽上方，第一相機用于拍攝沙坑及沙丘的平面輪廓，激光紅外線測距儀用于沙坑及沙丘在豎直方向的距離測量；第二相機放置于水槽側面，用于拍攝射流從圓形銅管中射出沖擊到沙床上的整個沖刷過程中沙丘的形成及運動過程。本發明結構簡單、設計合理，能夠全面地研究雷諾數、沖擊角度、沖擊距離及脈沖周期對脈沖式淹沒沖擊射流沖刷性能的影響規律。

技術領域

本發明涉及一種用于沖刷實驗的脈沖式淹沒沖擊射流實驗裝置及其測量方法，主要用于測量脈沖式淹沒沖擊射流的沖刷性能。

背景技術

沖擊射流的沖刷問題涉及到了廣泛的工程應用背景。在水利水電泄水工程中，高水頭拱壩的孔口水流跌入水墊塘、泄洪洞或溢洪道等泄水建筑物的出口挑出的空中水舌沖擊下游河道就是典型的沖擊射流現象，擁有巨大能量的高速水流直接墜入下游河床，如果不對河床加以保護，勢必造成比較嚴重的沖刷破壞。此外，在航道疏浚工程中的邊拋排泥、射流沖沙，工業油罐灌底的油泥清淤均是典型的沖擊射流沖刷問題。

由于沖擊射流的沖刷問題，因而備受人們關注。目前，傳統的沖擊射流沖刷實驗臺具有以下特點：按照沖擊角度（射流軸線與沖擊壁面的夾角）的不同，沖擊射流可以分為豎直沖擊射流與斜向沖擊射流，由于豎直沖擊射流的實驗裝置及流動相對簡單，大部分沖擊射流沖刷實驗臺針對于豎直沖擊射流；少部分斜向沖擊射流沖刷實驗臺，其沖擊角度固定不變，無法進行不同沖擊角度的沖擊射流沖刷實驗；過去沖擊射流沖刷實驗僅測量沖刷坑的深度，沒有沖刷坑的形狀與面積等重要參數。秦燕的碩士論文“基于沖擊壓強的挑流沖坑預測方法研究”（2007）、宋哲的碩士論文“自激吸氣式脈沖液氣射流沖蝕效果研究（2014）所進行的淹沒式沖擊射流沖刷實驗具備上述2，3特點。

經檢索，目前還沒有關于脈沖式淹沒沖擊射流沖刷實驗的專利。

發明內容

為了研究脈沖式淹沒沖擊射流的沖刷性能，本發明提供了一種用于沖刷實驗的脈沖式淹沒沖擊射流實驗裝置及其測量方法，該發明可以全面地研究雷諾數、沖擊角度、沖擊距離及脈沖周期對脈沖式淹沒沖擊射流沖刷性能的影響規律。

本發明的目的是這樣實現的，一種用于沖刷實驗的脈沖式淹沒沖擊射流實驗裝置，其特征是：包括角度盤、圓形銅管、沙床、蓄水池、磁力泵、流量計、閘閥、脈沖發生器、水槽、聯接軟管、擋板、第一相機、激光紅外線測距儀、第二相機；

所述角度盤固定于支撐架上；所述圓形銅管與角度盤可拆卸式固定，且圓形銅管在角度盤上角度可調節；

所述水槽底部間隔放有兩塊擋板，沙床放于兩塊擋板中間；

蓄水池依次經磁力泵、流量計、閘閥、脈沖發生器、聯接軟管與圓形銅管貫通連接，圓形銅管一端與聯接軟管貫通，另一端置于水槽內的沙床上方；蓄水池內的水依次穿過磁力泵、流量計、閘閥、脈沖發生器、聯接軟管、圓形銅管，并從圓形銅管射出，沖擊到沙床上；

射流從圓形銅管中射出，沖擊到沙床上，形成一個近似于橢圓形的沙坑，而沙坑中的沙子被沖刷至下游形成沙丘；

所述第一相機、激光紅外線測距儀安裝于水槽上方，第一相機用于拍攝沙坑及沙丘的平面輪廓，激光紅外線測距儀用于沙坑及沙丘在豎直方向的距離測量，即用于測量沙坑的深度以及沙丘的高度；所述第二相機放置于水槽側面，用于拍攝射流從圓形銅管中射出沖擊到沙床上的整個沖刷過程中沙丘的形成及運動過程。

所述沙床為天然沙形成的。

所述水槽為鋼化玻璃水槽，水槽為方形。

所述水槽設置于蓄水池的上方，水槽的側壁上部設有溢水口，溢水口上設有下閘門，溢水口位于蓄水池的上方。