[發(fā)明專利]多點(diǎn)潰壩洪水的物理模擬系統(tǒng)及三維流場(chǎng)監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910820134.0
• 申請(qǐng)日: 2019-08-31
• 公開（公告）號(hào): CN110470455B
• 公開（公告）日: 2021-02-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊晨;劉穎;張先起;梁士奎;張宏洋;韓繼平
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華北水利水電大學(xué)
• 主分類號(hào): G01M10/00
• 分類號(hào): G01M10/00;G01N11/00
• 代理公司: 鄭州豫開專利代理事務(wù)所(普通合伙) 41131
• 代理人: 王金

本發(fā)明公開了一種多點(diǎn)潰壩洪水的物理模擬系統(tǒng)，包括容水槽和河道模擬槽，河道模擬槽內(nèi)設(shè)有壩體，河道模擬槽由上游向下游分為蓄水區(qū)、流場(chǎng)觀測(cè)區(qū)和下游泄水區(qū)；壩體上呈矩陣式分布有多個(gè)對(duì)開閘門；壩體上安裝有投料器；流場(chǎng)觀測(cè)區(qū)的中心處上方設(shè)置有縱向攝像頭，流場(chǎng)觀測(cè)區(qū)的一側(cè)側(cè)壁外側(cè)設(shè)置有水平攝像頭，另一側(cè)側(cè)壁外側(cè)設(shè)置有單色光源；縱向攝像頭和水平攝像頭的鏡頭處均設(shè)有濾光片。本發(fā)明還公開了使用上述多點(diǎn)潰壩洪水的物理模擬系統(tǒng)進(jìn)行的三維流場(chǎng)監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)方法。本發(fā)明能精確地模擬多點(diǎn)潰壩、瞬時(shí)潰壩和具有上游水源的潰壩；便于調(diào)節(jié)蓄水區(qū)的蓄水量，避免熒光粒子飄浮或沉降造成不利影響；過濾掉氣泡等雜物的影響、從而實(shí)現(xiàn)清晰成像。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及水利工程技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及多點(diǎn)潰壩洪水的物理模擬系統(tǒng)及三維流場(chǎng)監(jiān)測(cè)技術(shù)。

背景技術(shù)

潰壩洪水是水利界術(shù)語(yǔ)，是指大壩突然潰決后，突然失去阻攔的水體以立波的形式向下游急速推進(jìn)，水流洶涌湍急，時(shí)速常達(dá)20～30km以上，對(duì)下游區(qū)域內(nèi)的人員、建筑和植被等造成巨大威脅。

由于潰壩洪水流速快、變化劇烈、水位分布不連續(xù)，致使當(dāng)前對(duì)其流動(dòng)的機(jī)理認(rèn)識(shí)仍然不夠深入，因此有必要在實(shí)驗(yàn)室模擬潰壩洪水，再通過對(duì)其三維流場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量，深入了解其流動(dòng)規(guī)律。

當(dāng)前室內(nèi)實(shí)驗(yàn)在模擬潰壩洪水時(shí)有以下三個(gè)主要問題：

1. 潰壩洪水生成后，需要對(duì)其流場(chǎng)進(jìn)行觀測(cè)才能了解其流動(dòng)規(guī)律，但是由于潰壩水流湍急洶涌，激起大量氣泡，常規(guī)的PIV等技術(shù)無法對(duì)其三維流場(chǎng)進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)。

2、現(xiàn)有的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)多采用上提式的閘門模擬大壩的潰口。

閘門放下時(shí)其上游的水被截流形成水庫(kù)，待閘門上提時(shí)上游水庫(kù)的水向下游傾瀉而出，形成潰壩水流。

這種上提閘門模擬大壩潰口的方案簡(jiǎn)單易行，但是閘門的上提需要一個(gè)過程，一般最少要2秒，在閘門上提過程中水庫(kù)下部的水先流出，上部的水后流出，這與現(xiàn)實(shí)中壩體瞬間潰掉的實(shí)際工況不同，為實(shí)驗(yàn)帶來系統(tǒng)性誤差；而且上提式閘門需要的空間大，其上部很難再設(shè)置另一個(gè)閘門，無法實(shí)現(xiàn)多個(gè)潰點(diǎn)的潰壩洪水模擬。

3.現(xiàn)有潰壩洪水模擬裝置，一般是在壩體的上游水庫(kù)內(nèi)預(yù)留固定體積的水量，然后開啟閘門來模擬潰壩洪水。但這種裝置在閘門開啟后，水位下降很快，壩上游的水位無法進(jìn)行精確控制，從而很難模擬現(xiàn)實(shí)中上游仍然有匯流情況下的潰壩洪水。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的問題，提供一種多點(diǎn)潰壩洪水的物理模擬系統(tǒng)，克服常規(guī)PIV技術(shù)無法對(duì)潰壩三維流場(chǎng)進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)的缺陷，能夠模擬多點(diǎn)潰壩。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的多點(diǎn)潰壩洪水的物理模擬系統(tǒng)包括設(shè)置于地面下方的容水槽和設(shè)置于容水槽上方的河道模擬槽，河道模擬槽的側(cè)壁由透明材料制成；以河道模擬槽中水的流向?yàn)橄掠畏较颍?/p>

河道模擬槽內(nèi)設(shè)有壩體，壩體上游的河道模擬槽段為蓄水區(qū)，壩體下游的河道模擬槽包括流場(chǎng)觀測(cè)區(qū)和下游泄水區(qū)，流場(chǎng)觀測(cè)區(qū)位于下游泄水區(qū)的上游；河道模擬槽下游設(shè)有出口，出口處的地面設(shè)有回流孔，回流孔與容水槽相連通；

壩體上分布有多個(gè)對(duì)開閘門，各對(duì)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(duì)開閘門呈矩陣式分布形成N列，N為非零自然數(shù)；每列對(duì)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(nèi)存儲(chǔ)有熒光粒子；

流場(chǎng)觀測(cè)區(qū)的中心處上方設(shè)置有用于監(jiān)測(cè)縱向流場(chǎng)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(chǎng)觀測(cè)區(qū)；

流場(chǎng)觀測(cè)區(qū)的一側(cè)側(cè)壁外側(cè)設(shè)置有用于監(jiān)測(cè)水平流場(chǎng)的水平攝像頭，水平攝像頭的鏡頭沿水平方向朝向流場(chǎng)觀測(cè)區(qū)且其拍攝范圍覆蓋流場(chǎng)觀測(cè)區(qū)；