[發明專利]一種消防救援形成V字流流態的水道及流態設計方法

有效

• 申請號: 202110644413.3
• 申請日: 2021-06-09
• 公開（公告）號: CN113362669B
• 公開（公告）日: 2022-08-02
• 發明（設計）人: 陳全
• 申請（專利權）人: 陳全
• 主分類號: G09B9/00
• 分類號: G09B9/00;G09B23/40
• 代理公司: 長沙正奇專利事務所有限責任公司 43113
• 代理人: 李發軍

本發明公開了一種消防救援形成V字流流態的水道及流態設計方法。所述水道包括自上而下依次連通的供水系統、上游矩形水道、漸變段水道、下游倒梯形水道、以及蓄水池/回水系統；所述上游矩形水道的底板為水平面，所述漸變段水道和下游倒梯形水道的底板為斜坡面；所述上游矩形水道的邊墻為鉛直面，所述下游倒梯形水道的邊墻為傾斜面；所述漸變段水道的邊墻具有將上游矩形水道的邊墻鉛直面漸變為下游倒梯形水道的邊墻傾斜面的導流元件。本發明的水道利用導向元件的導向作用引導水流向水道中心改變方向，進而形成斜向V字流流態。

技術領域

本發明涉及一種消防救援形成V字流流態的水道及流態設計方法，屬于應急救援領域。

背景技術

水域救援是應急救援任務中極其重要的內容。目前，我國救援人員的水域救援理論知識不足、訓練場地匱乏，日常訓練多以基礎體能、消防技能和器材熟悉為主，水域救援模擬訓練尚局限于在自然河道水域中進行，模擬訓練較少。由于自然河道地形復雜，危險性大,訓練過程中容易造成人員傷亡；在復雜水域環境訓練時，容易導致參訓人員心理素質和判斷力變差，存在焦慮、恐懼、畏難的情緒；自然河道來水條件不確定，訓練計劃安排受到極大制約。因此，建造專用激流水道是解決水域救援模擬訓練場地匱乏問題的切實可行的辦法。

根據水域救援特點，專用激流水道需要模擬出常見的水流流態，主要包括：沸騰線、翻滾流、覆蓋流、V字流/夾角流、微笑流、皺眉流、漩渦流、回流區等多種流態，其中V字流/夾角流模擬訓練是一項重要訓練科目，如何在激流水道中形成V字流流態是本領域技術人員亟待解決的問題。

發明內容

為了在激流水道中形成V字流流態，解決水道過流面體型問題，本發明旨在提供一種消防救援形成V字流流態的水道及流態設計方法，該水道利用導向元件的導向作用引導水流向水道中心改變方向，進而形成斜向V字流流態。

為了實現上述目的，本發明所采用的技術方案是：

一種消防救援形成V字流流態的水道，其結構特點是，包括自上而下依次連通的供水系統、上游矩形水道、漸變段水道、下游倒梯形水道、以及蓄水池/回水系統；所述上游矩形水道的底板為水平面，所述漸變段水道的底板為斜坡面，所述下游倒梯形水道的底板為斜坡面；所述上游矩形水道的邊墻為鉛直面，所述下游倒梯形水道的邊墻為傾斜面；所述漸變段水道的邊墻具有將上游矩形水道的邊墻鉛直面漸變為下游倒梯形水道的邊墻傾斜面的導流元件；所述導流元件為直角楔形體，且楔形塊的尖端朝向上游矩形水道。

由此，本發明采用直角楔形體斜平面將水道邊墻鉛直面漸變為傾斜面，通過斜平面的導向作用，引導水流向水道中心改變方向，進而形成斜向V字流流態。在V字內側，水流呈現為急流流態，在V字外側，水流呈現為緩流流態，急流和緩流的交界面即為V字的斜邊。

根據本發明的實施例，還可以對本發明作進一步的優化，以下為優化后形成的技術方案：

在其中一個優選的實施例中，所述直角楔形體的長度為1.0m～3.0m，寬度b為0.5m～1.0m，高度d為0.5m～1.5m，楔形體底部斜邊擴展角度θ為15°～45°，優選θ為15°～30°。

在其中一個優選的實施例中，所述漸變段水道和下游倒梯形水道的底板共面。

在其中一個優選的實施例中，所述下游倒梯形水道的邊墻相對底板的傾斜坡度為1︰2～1︰1，優選為1:1.8～1︰1.5。

基于同一個發明構思，本發明還提供了一種所述的消防救援形成V字流流態的水道的流態設計方法，已知:水道單寬流量q、V字流開口端流速V、漸變段末端弗勞德數Fr、直角楔形體底部斜邊擴展角度θ，直角楔形體的寬度b；

定義設計參數：V字流波前角β：急流和緩流的交界線與水道中心線的夾角，其中，V字兩個斜邊的夾角為2β；V字流長度L：V字的斜邊長度；V字流尖端水深h：急流和緩流的交界線交匯點處的水深；

所述設計方法包括如下步驟：