CN102522032B - 大流量环型实验水槽 - Google Patents
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Abstract
本发明是关于一种大流量环型实验水槽,包括环型槽、推流器、变频器、导流板和蜂窝状稳流格栅;该环型槽宽为3-4m,深为1-4m,由相互平行的两段直部和连接两直部的两段弯部组成,该直部为试验段,长度为10-19m;该弯部为半圆形;推流器设置于至少一个直部与弯部的连接处;该弯部的另一端连接蜂窝状稳流格栅;变频器与推流器连接;导流板为垂直于水面且相互平行的数道隔板,设置于两段弯部中,其具有与该弯部一致的弯曲度;蜂窝状稳流格栅为复数个平行排列的管道,布设于直部与弯部连接处的水槽中,管道的轴向与水流方向一致,其纵向高度不低于水流高度。该实验水槽流量可达到2-5m3/s,实现了大流量水流的循环流动。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于室内水力学实验的实验水槽,具体涉及用于河道原状植被水力学实验的循环水流实验水槽。
背景技术
随着河流生态修复工程的不断深入,设计人员迫切需求河流生态构建与修复工程的相关技术参数。河流生态修复中生物措施与河道安全行洪、岸坡稳定性、河流生态状况、生态系统恢复力等的关系复杂,如何获取河道蜿蜒形态、糙率、抗冲性、生态适应性等工程设计参数至关重要。
现有用于模拟带植被室内水力学实验装置多采用玻璃水槽,水槽规格相对较小,其流量一般不超过0.2m3/s,有压水槽的流量也多小于0.4m3/s,难以实现河道原状植被水力学实验(要求具有较大的实验断面和相应的大流量),只能采用缩比尺后的塑料模拟植被,造成实验条件与实际的天然状态存在较大差距,对天然植被条件下的水流与植被相互关系难以获得有效模拟。
发明内容
为克服现有水槽流量小、无法实现含植被水力学实验的缺点,本发明提供一种大流量的环型水槽,通过对水槽的整体结构设计,实现大流量水流的循环流动,从而确保模拟含乔、灌木植被室内水力学实验的准确性。
为实现上述目的,本发明的技术方案包括:
一种大流量环型实验水槽,其包括环型槽1、推流器2、变频器3、导流板4和蜂窝状稳流格栅5;
该环型槽1单向宽为3-4m,深为1-4m,由相互平行的两段直部11和连接两直部的两段弯部12组成,该直部为试验段,长度为10-19m;该弯部为半圆形;
该推流器2设置于至少一个直部与弯部的连接处,其出水口朝向该弯部;该弯部的另一端连接蜂窝状稳流格栅5;
该变频器3与推流器2连接;
该导流板4为垂直于水面且相互平行的数道隔板,设置于两段弯部12中,其具有与该弯部一致的弯曲度;
该蜂窝状稳流格栅5为复数个平行排列的管道,布设于直部与弯部连接处的水槽中,管道的轴向与水流方向一致,其纵向高度不低于水流高度。
如上所述的大流量环型实验水槽,其中,该导流板的高度为1-4m;相邻两个导流板的间距不大于40cm。
如上所述的大流量环型实验水槽,其中,该蜂窝状稳流格栅5的管道长度为100-150cm,管径为60-80mm。
本发明的有益效果在于:
1、该大流量环型实验水槽工作时,固定在一侧水槽底部的推流器启动,叶轮旋转带动水流通过水槽弯部的导流板,进而通过稳流格栅流入水槽的直部形成环流。单向过流断面宽3-4m,水深1-4m,使用总电机功率35~75kw的推流器,流量可达到2-5m3/s,实现了大流量水流的循环流动。
2、推流器的位置设置于水槽弯部一端,运行时推动水流经较短弯部过渡段后,进入直部实验段,该设计实现了耗能少、同等水位情况下获得最大流量。
3、于水槽弯部设置导流板可防止大流量下水流转弯处形成旋涡,水流经导流板后通过蜂窝状稳流格栅保证了水流的层流状态,该两处设计可确保水流保持均匀流形态。
附图说明
图1是本发明的平面结构示意图。
图2是A-A剖面图。
具体实施方式
下面通过实例详细描述本发明。
实施例1
如图1所示,在本发明的一种优选实施方式中,大流量环型实验水槽包括环型槽1、推流器2、变频器3、导流板4和蜂窝状稳流格栅5。环型槽1内部宽3m,深2.7m,由相互平行的两段直部11和连接两直部的两段弯部12组成,该直部为试验段。本实施例中两直部由一隔墙13隔开,直部长度为19m,底部铺设0.5m厚的永定河砂砾质河床回填料15。两弯部均为半圆形。推流器为圆柱型电机外挂叶轮,叶轮直径615mm,为达到流量要求,使用两台推流器总电机功率35~75kw。推流器2设置于其中一段直部与弯部的连接处,叶轮导流罩距槽底部50cm;该弯部的另一端连接蜂窝状稳流格栅5。变频器固定于该处水槽顶部,与推流器连接,频率范围为45.0Hz-50.0Hz,通过调节变频器的频率控制实验水流流速。
如图1和图2所示,在两段弯部12中设置导流板4,其为垂直于水面且相互平行的数道隔板,具有与该弯部一致的弯曲度。导流板的高度为2.2m;相邻两个导流板的间距为40cm。蜂窝状稳流格栅5为复数个平行排列的管道,布设于直部与弯部连接处的水槽中,管道的轴向与水流方向一致,其纵向堆叠高度为2m,管道长度为100cm,管径为60mm。
实施例2含锦带花的河床糙率水槽实验
使用实施例1所述的大流量环型实验水槽进行含锦带花的河床糙率水槽实验,锦带花种植于单侧实验段水槽内,种植间距为40×40cm、20×40cm两种,长度14.40m。实验的具体步骤为:蓄水量淹没过推流器叶轮后,启动变频器,促使固定在一侧水槽底部推流器的叶轮高速旋转,带动水流通过水槽弯部的导流板,进而通过稳流格栅流入水槽的直部形成稳定均匀的环流,其中实验水流流速通过变频器高、低频率开关控制。水槽最大流量达2.25m3/s。在实验观测段内布设3个观测测针14测量水位,通过ADCP测得3个断面的流速,基于测量的水位、流速、水深、水槽宽等数据,利用曼宁公式计算糙率系数。
Claims (1)
1.一种大流量环型实验水槽,其特征在于,其包括环型槽(1)、推流器(2)、变频器(3)、导流板(4)和蜂窝状稳流格栅(5);
该环型槽(1)单向宽为3-4m,深为1-4m,由相互平行的两段直部(11)和连接两直部的两段弯部(12)组成,该直部为试验段,长度为10-19m,在该直部的底部铺设0.5m厚的砂砾质河床回填料(15);该弯部为半圆形;
该推流器(2)设置于至少一个直部与弯部的连接处,其出水口朝向该弯部,该推流器(2)为圆柱型电机外挂叶轮,叶轮直径615mm,叶轮导流罩距槽底部50cm,该推流器(2)总电机功率为35~75kw;该弯部的另一端连接蜂窝状稳流格栅(5);
该变频器(3)频率范围为45.0Hz-50.0Hz,固定于该连接处水槽顶部,与推流器(2)连接;
该导流板(4)为垂直于水面且相互平行的数道隔板,设置于两段弯部(12)中,其具有与该弯部一致的弯曲度;所述导流板(4)的高度为1-4m,相邻两个导流板的间距不大于40cm;
该蜂窝状稳流格栅(5)为复数个平行排列的管道,布设于直部与弯部连接处的水槽中,管道的轴向与水流方向一致,其纵向堆叠高度不低于水流高度,管道长度为100-150cm,管径为60-80mm。
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