[發明專利]多點潰壩洪水的物理模擬系統及三維流場監測實驗方法

有效

• 申請號: 201910820134.0
• 申請日: 2019-08-31
• 公開（公告）號: CN110470455B
• 公開（公告）日: 2021-02-05
• 發明（設計）人: 楊晨;劉穎;張先起;梁士奎;張宏洋;韓繼平
• 申請（專利權）人: 華北水利水電大學
• 主分類號: G01M10/00
• 分類號: G01M10/00;G01N11/00
• 代理公司: 鄭州豫開專利代理事務所(普通合伙) 41131
• 代理人: 王金

1.多點潰壩洪水的物理模擬系統，其特征在于：包括設置于地面下方的容水槽和設置于容水槽上方的河道模擬槽，河道模擬槽的側壁由透明材料制成；以河道模擬槽中水的流向為下游方向；

河道模擬槽內設有壩體，壩體上游的河道模擬槽段為蓄水區，壩體下游的河道模擬槽包括流場觀測區和下游泄水區，流場觀測區位于下游泄水區的上游；河道模擬槽下游設有出口，出口處的地面設有回流孔，回流孔與容水槽相連通；

壩體上分布有多個對開閘門，各對開閘門均由液壓油缸控制啟閉，各液壓油缸均與電控裝置相連接；

各對開閘門呈矩陣式分布形成N列，N為非零自然數；每列對開閘門上方的壩體上均安裝有用于投放熒光粒子的投料器，投料器內存儲有熒光粒子；

流場觀測區的中心處上方設置有用于監測縱向流場的縱向攝像頭，縱向攝像頭的鏡頭朝向下方且其拍攝范圍覆蓋流場觀測區；

流場觀測區的一側側壁外側設置有用于監測水平流場的水平攝像頭，水平攝像頭的鏡頭沿水平方向朝向流場觀測區且其拍攝范圍覆蓋流場觀測區；

流場觀測區的另一側側壁外側設置有用于激發熒光粒子發出特定波長光線的單色光源；縱向攝像頭和水平攝像頭的鏡頭處均設有濾光片，單色光源所發出的光線的波長范圍為光源波長范圍，熒光粒子在光源的照射下激發出的光線波長范圍為目標波長范圍，光源波長范圍與目標波長范圍的交集為空集；濾光片允許目標波長范圍內的光線通過并阻擋目標波長范圍以外的光線通過；單色光源、縱向攝像頭和水平攝像頭均與所述電控裝置相連接。

2.根據權利要求1所述的多點潰壩洪水的物理模擬系統，其特征在于：所述蓄水區的中部兩側分別設有溢流堰，溢流堰處設有溢流管，溢流管上端與溢流堰的溢流口相連接，溢流管向下與容水槽相通；溢流堰上游方向的蓄水區內設有進水口，進水口連接有進水管，進水管向下延伸至容水槽底部并連接有變頻潛水泵；變頻潛水泵與電控裝置相連接。

3.根據權利要求2所述的多點潰壩洪水的物理模擬系統，其特征在于：所述溢流堰為可調溢流堰；容水槽的容量是可調溢流堰的溢流水位最高時河道模擬槽的容量的1.5倍以上。

4.根據權利要求3所述的多點潰壩洪水的物理模擬系統，其特征在于：所述投料器包括用于盛放熒光粒子的物料容器，物料容器上端敞口，物料容器的豎向截面呈上大下小的喇叭形，物料容器底端向下連接有出料管；物料容器通過安裝架安裝有變頻減速電機，變頻減速電機的輸出軸向下伸至出料管底端，出料管內的輸出軸上設有螺旋葉片；變頻減速電機與電控裝置相連接。

5.使用權利要求4中所述多點潰壩洪水的物理模擬系統進行的三維流場監測實驗方法，其特征在于按以下步驟進行：

第一步驟是準備步驟；確保各對開閘門均處于關閉狀態，在容水槽內注滿水，在各投料器的物料容器內裝滿熒光粒子；

第二步驟是蓄水步驟；調節可調溢流堰的溢流水位至實驗預定位置；通過電控裝置打開變頻潛水泵，使變頻潛水泵工作在最高頻率下，通過進水管向河道模擬槽的蓄水區內注水，水從可調溢流堰處流出后溢流水經溢流管向下回流入容水槽；

第三步驟是流量模擬步驟；通過電控裝置調節變頻潛水泵的頻率，使變頻潛水泵向河道模擬槽內的注水速度與實驗模擬的河水的單位時間內的流量相同；保持變頻潛水泵處于開啟狀態；

第四步驟是潰壩模擬和流場監測步驟；

通過電控裝置打開單色光源、縱向攝像頭和水平攝像頭，開始拍攝流場監測區的縱向流場圖像和水平流場圖像；

通過電控裝置打開變頻減速電機，使螺旋葉片以預定速度旋轉，從而以恒定的預定速度向流場監測區提供熒光粒子；

通過電控裝置控制預定的液壓油缸的伸出桿伸出，打開預定的各對開閘門，進行單點或多點潰壩模擬；蓄水區的水通過各打開后的對開閘門進入流場觀測區，然后攜帶進入流場觀測區的熒光粒子進入下游泄水區，最后通過回流孔回流入容水槽中；

當進入流場監測區的水量與變頻潛水泵的泵水量相同時，流場監測區的水流趨于穩定；第四步驟持續至流場監測區水流穩定1－2分鐘后，通過電控裝置關閉變頻減速電機、變頻潛水泵、單色光源、縱向攝像頭和水平攝像頭，并控制各液壓油缸的伸出桿收回，關閉各對開閘門，結束三維流場監測實驗。