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一種用于水流泥沙實驗的可變形明渠彎道水槽裝置制造方法
【專利摘要】一種用于水流泥沙實驗的可變形明渠彎道水槽裝置，在實驗水池內(nèi)沿長度方向設(shè)置有彎道水槽，彎道水槽的一端形成有水槽入口，彎道水槽的另一端形成有水槽出口，彎道水槽內(nèi)設(shè)置有泥沙，實驗水池位于水槽入口的一側(cè)連接輸水管道的一端，實驗水池位于水槽出口一側(cè)形成有出水口，出水口下面設(shè)有儲水箱，儲水箱內(nèi)設(shè)置有沉沙池和水泵，沉沙池的上端口低于儲水箱的上端口，水泵的排水端連接輸水管道的另一端，實驗水池一側(cè)分別在底部設(shè)置有兩組結(jié)構(gòu)相同的旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)機構(gòu)，實驗水池的另一側(cè)分別在底部設(shè)置的兩組結(jié)構(gòu)相同的高度調(diào)節(jié)機構(gòu)。本實用新型能夠非常簡便地改變彎道形態(tài)，實現(xiàn)水槽寬度、彎曲度等參數(shù)的任意調(diào)整，大大改善彎道水沙問題的實驗條件。
【專利說明】—種用于水流泥沙實驗的可變形明渠彎道水槽裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種水槽裝置。特別是涉及一種用于水流泥沙實驗的可變形明渠彎道水槽裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，基于室內(nèi)水槽的物理模型試驗在水利工程研究領(lǐng)域已得到廣泛的應用，研究人員通過測量室內(nèi)水槽模型的水流流速、泥沙沖淤特性，可以定量地分析實際河流中水流和泥沙運動的規(guī)律。彎曲河流是自然界中最為常見的河流形態(tài)，其河道由多個彎道連接組成。由于彎道中的水流運動存在二次環(huán)流、流速重分布等復雜現(xiàn)象，彎道水沙運動一直是河流動力學和流體力學研究的難題，相關(guān)的機理研究目前仍在大量開展，而研究的主要手段是室內(nèi)水槽模型試驗。
[0003]室內(nèi)模型水槽是上述相關(guān)物理模型試驗的主要試驗平臺，鑒于其對水沙試驗有重要支撐性作用，針對試驗水槽的設(shè)計、改進近年來不斷涌現(xiàn)。例如，發(fā)明專利“一種明渠彎道水槽試驗裝置”(申請?zhí)?201110307175.3)提出了一種由升降系統(tǒng)、主梁、支撐框架、玻璃底板和玻璃側(cè)壁構(gòu)成的明渠彎道水槽，實現(xiàn)了對水槽坡度的連續(xù)調(diào)節(jié)。發(fā)明專利“用于水力學和泥沙動力學的雙向試驗水槽”(申請?zhí)?200910062237.1)通過安裝有向軸流水泵等，有效實現(xiàn)的水流的雙向流動。實用新型“液壓升降導軌式變坡水槽試驗裝置”(申請?zhí)?201220050247.0)提出了一種針對大坡度沖刷實驗時，平穩(wěn)精確控制水槽坡度的水槽設(shè)計方案。實用新型“水槽實驗裝置”(申請?zhí)?201220132897.X)針對現(xiàn)有實驗水槽過體積大，操作維護不便的問題，設(shè)計了一種設(shè)有活動有機玻璃底板的新型水槽結(jié)構(gòu)。這些發(fā)明和設(shè)計有效改進了傳統(tǒng)試驗水槽的使用性能和效果，促進了水沙問題研究的進展。
[0004]然而，由于彎道水沙運動問題的復雜性，我們需要進行更多、更系統(tǒng)地水槽試驗研究。在水利工程，彎道水沙運動特性受彎道形態(tài)的直接影響(包括彎道寬度、水深、彎曲度等)，由于彎道水槽制作加工存在一定難度，大部分相關(guān)研究僅僅針對某一特定的彎道形態(tài)，因此得出的研究結(jié)論往往不夠系統(tǒng)。為了能夠得到系統(tǒng)的研究成果，需要制作大量不同形狀的彎道水槽模型，進行大量組次的試驗，這給模型制作和加工帶來了嚴峻挑戰(zhàn)。另一方面，利用有機玻璃等材料制作的彎道水槽模型在試驗完畢后，一般不能夠重復利用到另一形狀的彎道，造成材料的大量浪費。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實用新型所要解決的技術(shù)問題是，提供一種能夠非常簡便地改變彎道形態(tài)的一種用于水流泥沙實驗的可變形明渠彎道水槽裝置。
[0006]本實用新型所采用的技術(shù)方案是:一種用于水流泥沙實驗的可變形明渠彎道水槽裝置，包括實驗水池，其特征在于，所述的實驗水池內(nèi)沿長度方向設(shè)置有采用能夠變形的透明有機玻璃軟板構(gòu)成彎道水槽，所述彎道水槽的一端形成有與所述的實驗水池連通的水槽入口，所述彎道水槽的另一端形成有與所述的實驗水池連通的水槽出口，彎道水槽內(nèi)設(shè)置有泥沙，其中，所述實驗水池位于水槽入口的一側(cè)面上連接有輸水管道的一端，所述實驗水池位于水槽出口的一側(cè)面上與水槽出口相對應的形成有出水口，所述出水口下面設(shè)置有儲水箱，所述的儲水箱內(nèi)分別設(shè)置有沉沙池和水泵，其中，所述的沉沙池的上端口與所述的實驗水池的出水口對應設(shè)置，且所述的沉沙池的上端口低于所述的儲水箱的上端口，所述的水泵的排水端連接插入到儲水箱內(nèi)的輸水管道的另一端，所述實驗水池位于出水口的一側(cè)分別通過對稱的在底部設(shè)置的兩組結(jié)構(gòu)相同的旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)機構(gòu)支撐在地面上，所述實驗水池遠離出水口的一側(cè)分別通過在底部對稱的設(shè)置的兩組結(jié)構(gòu)相同的高度調(diào)節(jié)機構(gòu)支撐在地面上。
[0007]所述的彎道水槽是通過位于底部的能夠變形的由軟質(zhì)材料構(gòu)成的變形吸盤固定在所述的實驗水池內(nèi)的底面上。
[0008]所述的變形吸盤的長度與所述的彎道水槽長度相同，包括有構(gòu)成彎道水槽底部且設(shè)置在實驗水池內(nèi)底面上的集水部，相對稱的一體形成在集水部兩側(cè)的分別用于插入和固定彎道水槽的兩個采用透明有機玻璃軟板構(gòu)成的邊壁的兩個插槽，以及相對稱的一體形成在所述兩個插槽外側(cè)且連接在實驗水池的內(nèi)底面上的用于與所述的實驗水池的內(nèi)底面相吸附的兩個氣囊。
[0009]所述的兩個氣囊上分別各設(shè)置有一個抽氣閥門，每一個抽氣閥門都各通過一抽氣軟管連接一個抽氣泵，兩個抽氣泵分別設(shè)置在實驗水池內(nèi)的底面上。
[0010]所述的高度調(diào)節(jié)機構(gòu)包括有固定在地面上的支架，設(shè)置在所述支架上的由4個等長的調(diào)節(jié)桿分別通過四個鉸接件相互鉸接連接構(gòu)成平行四邊形的調(diào)節(jié)架，其中，所述的調(diào)節(jié)架上端的鉸接件固定連接所述實驗水池的底部，所述的調(diào)節(jié)架下端的鉸接件固定連接在所述的支架上，所述的調(diào)節(jié)架左右兩端的鉸接件通過一螺桿相連，所述螺桿的一端設(shè)置有調(diào)節(jié)手柄。
[0011]所述的旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)機構(gòu)包括有固定在地面上的支架，兩個一端分別固定在所述支架上的下連接桿，兩個一端分別固定在所述實驗水池底部的上連接桿，所述的兩個下連接桿的另一端和所述的兩個上連接桿的另一端通過一個旋轉(zhuǎn)鉸接件相互鉸接連接。
[0012]所述的實驗水池采用透明有機玻璃或玻璃制作。
[0013]本實用新型的一種用于水流泥沙實驗的可變形明渠彎道水槽裝置，能夠非常簡便地改變彎道形態(tài)，實現(xiàn)水槽寬度、彎曲度等參數(shù)的任意調(diào)整，大大改善彎道水沙問題的實驗條件。具有如下有益效果:
[0014]1.能夠?qū)崿F(xiàn)彎道水槽形狀的任意變化，包括寬度、彎曲度等參數(shù)的連續(xù)調(diào)整，因此能夠用于彎道水沙試驗的系統(tǒng)物理試驗研究；
[0015]2.彎道形狀的調(diào)整方式方便、快捷，能夠大大提高彎道水沙試驗的研究進度；
[0016]3.彎道水槽的底部和側(cè)壁均采用透明材料，方便粒子圖像測速系統(tǒng)(PIV)等先進水流測量儀器的應用；
[0017]4.所有模型材料可重復使用，水槽形狀的調(diào)整不帶來任何材料浪費。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1是本實用新型的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖2是圖1的俯視圖；[0020]圖3是圖1的斷面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖4是本實用新型中固定吸盤與彎道水槽結(jié)合的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖5是本實用新型中高度調(diào)節(jié)機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖6是本實用新型中旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖中
[0025]1:實驗水池2:高度調(diào)節(jié)機構(gòu)
[0026]3:旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)機構(gòu) 4:地面
[0027]5:彎道水槽6:水槽入口
[0028]7:水槽出口8:輸水管道
[0029]9:出水口10:儲水箱
[0030]11:沉沙池 12:水泵
[0031]13:固定吸盤14:抽氣泵
[0032]15:泥沙
【具體實施方式】
[0033]下面結(jié)合實施例和附圖對本實用新型的一種用于水流泥沙實驗的可變形明渠彎道水槽裝置做出詳細說明。
[0034]如圖1、圖2、圖3所示，本實用新型的一種用于水流泥沙實驗的可變形明渠彎道水槽裝置，包括實驗水池1，實驗水池I的邊壁和底面可采用透明有機玻璃或具有一定強度和厚度的普通玻璃制作，其表面須具有足夠的光滑度，以便使后面所述的吸盤裝置能夠有效吸附在上面，實驗水池大小應滿足可變形水槽最大變形范圍要求。所述的實驗水池I內(nèi)沿長度方向設(shè)置有采用能夠變形的透明有機玻璃軟板構(gòu)成有彎道水槽5，所述的彎道水槽5是通過位于底部的能夠變形的由軟質(zhì)橡膠構(gòu)成的變形吸盤13固定在所述的實驗水池I內(nèi)的底面上。所述彎道水槽5的一端形成有與所述的實驗水池I連通的水槽入口 6，所述彎道水槽5的另一端形成有與所述的實驗水池I連通的水槽出口 7，彎道水槽5內(nèi)設(shè)置有泥沙15。其中，所述實驗水池I位于水槽入口 6的一側(cè)面上連接有輸水管道8的一端，所述實驗水池I位于水槽出口 7的一側(cè)面上與水槽出口 7相對應的形成有出水口 9，所述出水口 9下面設(shè)置有儲水箱10，所述的儲水箱10內(nèi)分別設(shè)置有沉沙池11和水泵12，其中，所述的沉沙池11的上端口與所述的實驗水池I的出水口 9對應設(shè)置，且所述的沉沙池11的上端口低于所述的儲水箱10的上端口，所述的水泵8的排水端連接插入到儲水箱10內(nèi)的輸水管道8的另一端，所述實驗水池I位于出水口 9的一側(cè)分別通過對稱設(shè)置在底部的兩組結(jié)構(gòu)相同的旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)機構(gòu)3支撐在地面4上，所述實驗水池I遠離出水口 9的一側(cè)分別通過對稱設(shè)置在底部的兩組結(jié)構(gòu)相同的高度調(diào)節(jié)機構(gòu)2支撐在地面4上。通過高度調(diào)節(jié)機構(gòu)2和旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)機構(gòu)3，為整個試驗用彎道水槽5提供一個整體坡降可變的實驗平臺。
[0035]如圖3、圖4所示，所述的變形吸盤13的長度與所述的彎道水槽5長度相同，包括有構(gòu)成彎道水槽5底部且設(shè)置在實驗水池I內(nèi)底面上的集水部131，相對稱的一體形成在集水部131兩側(cè)的分別用于插入和固定彎道水槽5的兩個采用透明有機玻璃軟板構(gòu)成的邊壁52,51的兩個插槽132，以及相對稱的一體形成在所述兩個插槽132外側(cè)且連接在實驗水池I的內(nèi)底面上的用于與所述的實驗水池I的內(nèi)底面相吸附的兩個氣囊133。所述的兩個氣囊133上分別各設(shè)置有一個抽氣閥門134，每一個抽氣閥門134都各通過一抽氣軟管135連接一個抽氣泵14，兩個抽氣泵14分別設(shè)置在實驗水池I內(nèi)的底面上。所述的變形吸盤13能夠在較大的外力推動下在光滑的實驗水池I底面上滑動，以實現(xiàn)彎道水槽5的變形。
[0036]如圖5所示，所述的高度調(diào)節(jié)機構(gòu)2包括有固定在地面4上的支架21，設(shè)置在所述支架21上的由4個等長的調(diào)節(jié)桿22分別通過四個鉸接件23、24、25、26相互鉸接連接構(gòu)成平行四邊形的調(diào)節(jié)架29，其中，所述的調(diào)節(jié)架29上端的鉸接件24固定連接所述實驗水池I的底部，所述的調(diào)節(jié)架29下端的鉸接件23固定連接在所述的支架21上，所述的調(diào)節(jié)架29左右兩端的鉸接件25、26通過一螺桿27相連，所述螺桿27的一端設(shè)置有調(diào)節(jié)手柄28。
[0037]如圖6所示，所述的旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)機構(gòu)3包括有固定在地面4上的支架31，兩個一端分別固定在所述支架31上的下連接桿32，兩個一端分別固定在所述實驗水池I底部的上連接桿33，所述的兩個下連接桿32的另一端和所述的兩個上連接桿33的另一端通過一個旋轉(zhuǎn)鉸接件34相互鉸接連接。
[0038]本實用新型的一種用于水流泥沙實驗的可變形明渠彎道水槽裝置，各系統(tǒng)功能和組成為:
[0039]1、水池平臺系統(tǒng)。由實驗水池1、高度調(diào)節(jié)機構(gòu)2和旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)機構(gòu)3組成，其功能是提供一個整體坡降可變的實驗平臺，用以放置可變形河道系統(tǒng)；實驗水池的坡降調(diào)節(jié)通過高度調(diào)節(jié)機構(gòu)和旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)機構(gòu)12。
[0040]2.可變形河道系統(tǒng)。由彎道水槽5、泥沙15、抽氣泵14、抽氣軟管135、抽氣閥門134和變形吸盤13組成，其功能是提供形狀可任意調(diào)整的彎道試驗水槽。該系統(tǒng)最大的特征是彎道水槽由變形吸盤13和彎道水槽的邊壁52、51組成，變形吸盤13由橡膠等材料制作，配合抽氣泵13、抽氣軟管135、抽氣閥門134，固定吸盤能夠緊密吸附在光滑的實驗水池底面上，并形成水體的密封。在較大的外力推動下，變形吸盤13能夠在實驗水池I底面上緩慢滑動，以實現(xiàn)水槽的變形。為了提高吸附力以及方便使用，變形吸盤13可設(shè)置為相互獨立的幾個艙段。彎道水槽的邊壁52、51采用透明有機玻璃軟板，插入變形吸盤13預設(shè)的插槽132中，可隨著變形吸盤13的移動改變水槽彎曲形狀。
[0041]3、循環(huán)水系統(tǒng)。由沉沙池11、儲水箱10、水泵12、輸水管道8、水槽入口 6、水槽出口 7組成，其功能是提供水流的自循環(huán)，其中沉沙池的作用是收集水槽出口 7下泄的泥沙，以免進入水泵而影響水泵的正常使用。在實驗過程中，本實用新型的一種用于水流泥沙實驗的可變形明渠彎道水槽裝置的工作流程包括如下步驟:
[0042](I)利用高度調(diào)節(jié)機構(gòu)2，調(diào)整實驗水池I底面的坡降，使其符合水池整體坡降要求；
[0043](2)在實驗水池I底面的背面(下側(cè))，按實驗要求，標記彎道水槽位置控制點；
[0044](3)根據(jù)控制點的位置，放置變形吸盤13 ；
[0045](4)打開抽氣閥門134，啟動抽氣泵14，空氣通過抽氣軟管135不斷抽出，并在變形吸盤13中形成較大的負壓，變形吸盤13緊密吸附在光滑實驗水池I底面上；
[0046](5)在變形吸盤13上插入由透明有機玻璃軟板制作的彎道水槽邊壁52、51，形成具有特定形狀的彎道水槽；
[0047](6)在彎道水槽中鋪設(shè)一定厚度的泥沙15 ；
[0048](7)啟動水泵12,水流自儲水箱10流入水槽入口 6,并在重力作用下流經(jīng)彎道水槽，最后經(jīng)水槽出口 7回流至儲水箱10 ；
[0049](8)利用測量儀器測量彎道內(nèi)的水沙運動特性，完成該組次彎道內(nèi)水沙運動特性的測量；
[0050](9)排空彎道水槽內(nèi)的水流和泥沙，針對下一個組次彎道形態(tài)，重新進入步驟(I)開始循環(huán)，最終完成所有預定形態(tài)彎道水沙實驗。
【權(quán)利要求】
1.一種用于水流泥沙實驗的可變形明渠彎道水槽裝置，包括實驗水池(1)，其特征在于，所述的實驗水池(1)內(nèi)沿長度方向設(shè)置有采用能夠變形的透明有機玻璃軟板構(gòu)成彎道水槽(5)，所述彎道水槽(5)的一端形成有與所述的實驗水池(I)連通的水槽入口(6)，所述彎道水槽(5)的另一端形成有與所述的實驗水池(I)連通的水槽出口(7)，彎道水槽(5)內(nèi)設(shè)置有泥沙(15 )，其中，所述實驗水池(I)位于水槽入口( 6 )的一側(cè)面上連接有輸水管道(8)的一端，所述實驗水池(I)位于水槽出口(7)的一側(cè)面上與水槽出口(7)相對應的形成有出水口( 9 )，所述出水口( 9 )下面設(shè)置有儲水箱(10 )，所述的儲水箱(10 )內(nèi)分別設(shè)置有沉沙池(11)和水泵(12)，其中，所述的沉沙池(11)的上端口與所述的實驗水池(I)的出水口(9)對應設(shè)置，且所述的沉沙池(11)的上端口低于所述的儲水箱(10)的上端口，所述的水泵(8)的排水端連接插入到儲水箱(10)內(nèi)的輸水管道(8)的另一端，所述實驗水池(I)位于出水口(9)的一側(cè)分別通過對稱的在底部設(shè)置的兩組結(jié)構(gòu)相同的旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)機構(gòu)(3)支撐在地面(4)上，所述實驗水池(I)遠離出水口(9)的一側(cè)分別通過在底部對稱的設(shè)置的兩組結(jié)構(gòu)相同的高度調(diào)節(jié)機構(gòu)(2 )支撐在地面(4 )上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于水流泥沙實驗的可變形明渠彎道水槽裝置，其特征在于，所述的彎道水槽(5)是通過位于底部的能夠變形的由軟質(zhì)材料構(gòu)成的變形吸盤(13)固定在所述的實驗水池(1)內(nèi)的底面上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于水流泥沙實驗的可變形明渠彎道水槽裝置，其特征在于，所述的變形吸盤(13)的長度與所述的彎道水槽(5)長度相同，包括有構(gòu)成彎道水槽(5)底部且設(shè)置在實驗水池(I)內(nèi)底面上的集水部(131)，相對稱的一體形成在集水部(131)兩側(cè)的分別用于插入和固定彎道水槽(5)的兩個采用透明有機玻璃軟板構(gòu)成的邊壁(52,51)的兩個插槽(132)，以及相對稱的一體形成在所述兩個插槽(132)外側(cè)且連接在實驗水池(I)的內(nèi)底面上的用于與所述的實驗水池(1)的內(nèi)底面相吸附的兩個氣囊(133)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于水流泥沙實驗的可變形明渠彎道水槽裝置，其特征在于，所述的兩個氣囊(133)上分別各設(shè)置有一個抽氣閥門(134)，每一個抽氣閥門(134)都各通過一抽氣軟管(135)連接一個抽氣泵(14)，兩個抽氣泵(14)分別設(shè)置在實驗水池(O內(nèi)的底面上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于水流泥沙實驗的可變形明渠彎道水槽裝置，其特征在于，所述的高度調(diào)節(jié)機構(gòu)(2)包括有固定在地面(4)上的支架(21)，設(shè)置在所述支架(21)上的由4個等長的調(diào)節(jié)桿(22)分別通過四個鉸接件(23、24、25、26)相互鉸接連接構(gòu)成平行四邊形的調(diào)節(jié)架(29)，其中，所述的調(diào)節(jié)架(29)上端的鉸接件(24)固定連接所述實驗水池(I)的底部，所述的調(diào)節(jié)架(29)下端的鉸接件(23)固定連接在所述的支架(21)上，所述的調(diào)節(jié)架(29)左右兩端的鉸接件(25、26)通過一螺桿(27)相連，所述螺桿(27)的一端設(shè)置有調(diào)節(jié)手柄(28)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于水流泥沙實驗的可變形明渠彎道水槽裝置，其特征在于，所述的旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)機構(gòu)(3)包括有固定在地面(4)上的支架(31)，兩個一端分別固定在所述支架(31)上的下連接桿(32)，兩個一端分別固定在所述實驗水池(I)底部的上連接桿(33)，所述的兩個下連接桿(32)的另一端和所述的兩個上連接桿(33)的另一端通過一個旋轉(zhuǎn)鉸接件(34)相互鉸接連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于水流泥沙實驗的可變形明渠彎道水槽裝置，其特征在于，所述的實驗水池(1)采用透明有機玻璃或玻璃制作。
【文檔編號】G01M10/00GK203701029SQ201320882562
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2013年12月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月26日
【發(fā)明者】許棟, 及春寧, 吳淑雄 申請人:天津大學