CN102758415A - 一种冰水耦合综合仿真平台和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种冰水耦合综合仿真平台和方法，包括：源水箱和回水箱，源水箱依次与加冰槽段、两到三个带有多个水位传感器的直槽段、倒虹吸管、一个直槽段、U字形槽段、多个直槽段、回水箱可拆卸的连接形成水槽，与回水箱连接的直槽段上设有带有水位传感器的电控尾门；水量供给装置、自动加冰机、电控倒虹吸闸门、电控尾门、各个水位传感器与控制器电连接。本发明的应用大大减少了冰水耦合实验的手工操作，增加了实验的精确度，更重要的是加快了实验的进程和速度，这一点对于应急研究有着特殊的意义，在特殊的环境下可以挽回人民生命财产的损失，甚至挽救生命。

Description

一种冰水耦合综合仿真平台和方法

技术领域

本发明涉及一种冰水耦合综合仿真平台和方法，是一种模仿冰和水流动状态的实验系统，是一种集水工、自动控制、机电一体化的实验系统和方法。

背景技术

封冻季节前后河流和水渠中会产生大量的浮冰，浮冰在河道中运动和堆积使河道变窄，甚至堆积为冰塞，形成冰塞险情。因此，研究冰塞的发生、演变，冰盖下的冰块运动等河冰水力学热点问题十分必要。对于输水渠道中的倒虹吸，浮冰同样会产生种种影响。为预防和消除浮冰对倒虹吸的影响，需要获得冰块在倒虹吸前堆积、倒虹吸前冰盖、冰塞形成等相关机理和水力参数，确定倒虹吸前冰盖平铺上溯发展、倒虹吸前冰塞堆积时各相关水力条件间的关系，对其进行研究，以找到解决的方案。研究上述问题，仅仅依靠在真实河道或水渠中的数据积累和计算机模拟是不够的，需要通过真冰条件下的，按比例缩小的模型试验，对各种条件变化的模拟，才能获取真正有效的参数。为了研究倒虹吸和弯曲水道的冰期输水能力，需要建立带有倒虹吸和弯槽的模拟水槽，研究弯槽段冰塞堆积演变过程，冰盖形成过程对河床冲刷的影响，冰盖形成过程中的水位变化，以及其它一些河冰水力学热点问题。

传统的浮冰实验由于没有专门的实验设施，只能利用一些简单的工具和借用已有的实验渠道，使用人工倒入水流中浮冰的方式进行的。这种方式不但效率低下，而且准确度低。由于各种实验需要反复进行，大量的重复劳动，不但使人疲倦，精度下降，也使实验工作进行缓慢，影响实验进度。特别是进行某个应急实验时，由于在紧急情况下，不能按时得到准确数据，而耽误了最佳处理时间，给人民生命财产造成损失。

发明内容

为了克服现有技术的问题，本发明提出了一种冰水耦合综合仿真平台和冰水耦合综合仿真方法，建立可以灵活组合的实验水槽，所述的实验水槽可以带有弯槽和倒虹吸，以及水闸等各种水工和河道、水渠的模拟设施。使用计算机控制系统对水流、浮冰的流量、流速进行控制，灵活、快速的进行实验条件的各种变换。

本发明的目的是这样实现的：一种冰水耦合综合仿真平台，包括：源水箱和回水箱，所述的源水箱和回水箱之间设有水量供给装置，多个直槽段，还包括：U字形槽段、带有自动加冰机的加冰槽段、出口带有电控倒虹吸闸门和倒虹吸出口水位传感器的倒虹吸管；所述的源水箱依次与加冰槽段、两到三个带有多个水位传感器的直槽段、倒虹吸管、一个直槽段、U字形槽段、多个直槽段、回水箱可拆卸的连接形成水槽，与回水箱连接的直槽段上设有带有水位传感器的电控尾门；所述的水量供给装置、自动加冰机、电控倒虹吸闸门、电控尾门、各个水位传感器与控制器电连接。

一种使用上述仿真平台的冰水耦合综合仿真方法，所述方法的步骤如下：

流量控制的步骤：用于开启水量供给装置，根据流量计提供反馈信号调节水泵的供给量，使水槽中的水流量达到实验要求的初始目标流量；

水位控制的步骤：用于根据电控调节尾门处设置的水位传感器提供反馈信号，调节电控调节尾门，使模拟水槽中的水位达到实验设定的初始目标水位；

加冰的步骤：用于通过自动加冰机向模拟水槽中输入冰块，并根据实验设定改变加冰量；

监测水位变化的步骤：用于通过自动加冰机与倒虹吸之间的直槽段上设置的水位传感器，采集水位数据，测量倒虹吸进口前冰块数量变化所引起的水位变化；

记录的步骤：用于对实验过程中的流量、水位、加冰量的数据，以及冰块堆积、输移的过程进行记录；

改变初始目标流量或初始目标水位，反复进行加冰的步骤、监测水位变化的步骤、记录的步骤。

本发明产生的有益效果是：本发明采用的具有可调整一定流量的水槽和倒虹吸、自动加冰机，电控尾门等设置，建立一个可以模拟冰块流动的仿真平台。自动加冰机通过控制器的控制和调整，可以精确的记录和控制加冰量，水量和水位通过控制器都可以进行精确的记录和控制，实现了机电一体化的监测和控制。本发明的应用大大减少了冰水耦合实验的手工操作，增加了实验的精确度，更重要的是加快了实验的进程和速度，这一点对于应急研究有着特殊的意义，在特殊的环境下可以挽回人民生命财产的损失，甚至挽救生命。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明的实施例一所述仿真平台的平面示意图；

图2是本发明的实施例一所述仿真平台控制界面示意图；

图3是本发明的实施例三所述的自动加冰机的结构示意图，是图1中A-A剖面图；

图4是本发明的实施例五所述的定量输送带结构示意图，是图3中D点的放大图；

图5是本发明的实施例六所述的档冰器的结构示意图，是图3中E-E向视图；

图6是本发明的实施例七所述倒虹吸管的结构示意图，是图1中B向视图。

具体实施方式

实施例一：

本实施例是一种冰水耦合综合仿真平台，其平面图如图1所示。本实施例包括：源水箱9和回水箱1，所述的原水箱和回水箱之间设有水量供给装置10，多个直槽段3、U字形槽段4、带有自动加冰机的加冰槽段8、出口带有电控倒虹吸闸门5和水位传感器的倒虹吸管6；所述的源水箱依次与加冰槽段、两到三个带有多个水位传感器7的直槽段、倒虹吸管、一个直槽段、U字形槽段、多个直槽段、回水箱可拆卸连接形成水槽，与回水箱连接的直槽段上设有水位传感器和电控尾门2；所述的水量供给装置、自动加冰机、电控倒虹吸闸门、电控尾门、各个水位传感器与控制器电连接。

本实施例所述的源水箱采用组装式设计，可以使用玻璃钢板或金属板通过螺栓连接，其拆卸方便、组装迅速。箱中布置花墙等稳水装置，防止水位的大幅波动，同时考虑到水泵引起的水流紊动，因此建议水槽进口水箱的尺寸为3m*2m*2m（长*宽*高）。在水槽进口水箱底部设置排水管，用于实验完成后排空水槽中的积水。

本实施例所述的回水箱主要用于存放水槽循环所需水量，回水槽采用组装式设计，螺栓连接，其拆卸方便、组装迅速。为了防止回水箱中的水位过高和过低，在回水箱上设置排水阀，当回水箱中的水位过高时，通过排水阀排出多于水量；当回水箱中水量不足时，可用水泵从外水源补水。

所述的水量供给装置，连接在源水箱和回水箱之间，通过管路和水泵将回水箱中的水抽到源水箱中，抬高源水箱中的水位，使水流通过重力自然流经水槽回到回水箱。管路中设置流量计，通过流量计对流经管路中水流的流量进行检监测，控制器调整水泵的转速，可以对流量精确控制。可以使用一台大型的变频水泵，精确控制流量。但大型变频水泵和大功率的变频器价格昂贵。为此，本实施例可以采取一种经济的供水方式。在试验中水量调节的范围不大，因此，可以采取两台泵的方案，一台定速泵，一台变频泵，定速泵提供大部分水量，变频泵在一定范围内调整水量。定速泵价格便宜，而与之配合的变频泵的功率可以大大减小，整体费用也降低许多。

本实施例所述水槽为方便回水和进行弯渠的实验研究，总体为U型布置，总长约50m（其中水槽长约41m）。水槽截面形状为矩形，净宽0.8m，净深0.8m。各个槽段采用型钢框架，各槽段之间用法兰连接。水槽底板采用玻璃钢材料，侧壁采用中空玻璃。为方便拆卸和运输，一个直槽段长2m。

所述的加冰槽段就是一个直槽段旁边设置了一台自动加冰机。所述的加冰机是本实施例的关键设备。自动加冰机有多种选择，可以是料斗在低处，通过输送带将料斗中的冰块输送到水槽中，调节输送带的输送速度控制冰块进入水槽的量；也可以使用提升机将冰块提升到水槽上方，通过料斗闸门的开闭控制冰块进入水槽的量。自动加冰机在实验过程中向水槽里加入薄片状的冰块，冰块的大小为长、宽20-33毫米，厚2-4毫米。

本实施例的另一个关键在于倒虹吸管。与上方向大气敞开的其他槽段不同的是倒虹吸管是封闭的管子，水流在倒虹吸管中的流动是有压流动。倒虹吸管的截面形状可以是圆形截面的管子，也可以是与直槽段相同截面宽度的矩形，槽的上部有顶板密封，底板至顶板之间的距离（相当于其他槽段的槽深）约为其他槽段深度的四分之一。倒虹吸管包括三个管段：下水管、水平管和上水管，上水管和下水管是两端倾斜的管，其倾斜与水平面之间的夹角从10度至90度，根据实验的要求而定。

由于本实施例所述的水槽是可以拆卸式，因此，倒虹吸管可以拆卸下来，连接上其他种类的槽段，进行其他类型的研究。例如：将倒虹吸管改变为渡槽，研究渡槽的冰水动力学特性。倒虹吸改变成直槽，利用U形弯槽，研究弯道冰水相互作用。倒虹吸变成直槽，沿水槽增设多个闸门，研究闸门冰期的联合调度控制方式。倒虹吸改变成直槽，在水槽内人为制造多种坡度，研究坡度变化对冰水作用的影响。倒虹吸变成直槽，在水槽内铺沙，研究冰、水、沙的相互作用。倒虹吸变成直槽，在水槽中设置各种水工设施，研究各种型式的拦冰索、拦冰墩等拦冰建筑物的拦冰效果。倒虹吸变成直槽，设置桥墩，研究河渠中常见的桥墩与冰块间的相互作用等等，多种与冰水动力学特性有关的内容。

倒虹吸管的出口段和水槽的末端（与回水箱连接的直槽段）各设置1套电控闸门，用于控制水槽的水位，通过控制器集中控制。两个电控闸门的结构可以相同也可以不同。倒虹吸管出口段的电控闸门称为倒虹吸电控闸门；在与回水箱连接的直槽段上设置的电控闸门称为电控尾门。为了安装方便，电控尾门的结构可以采用摆动式的闸门。摆动式闸门的闸门板的一端铰链连接水槽底部，闸门板的另一端由钢索吊起，闸门板在钢索的拉紧作用下，绕铰链抬起或放平。抬起时闸门关闭，放平时闸门开启。这样的摆动式闸门有利于浮冰在水面流动，防止阻塞水槽。倒虹吸电控闸门可以采用升降式的闸门，闸门升起为开启，闸门下降是时为闸门关闭。两处电控闸门都具精确检测闸门上升和下降时位移的位移传感器，以及检测闸门附近水位的水位传感器，但水位传感器的位置略有不同：倒虹吸电控闸门的水位传感器设置在电控闸门的下游；电控尾门的水位传感器设置在电控闸门的上游。

电控尾门主要用于水槽中水位的控制，使用时在控制器的操作系统界面中输入电控尾门水位的目标值（尾门处设置的压力传感器提供准确值的反馈信号），然后控制器可根据水位情况实时调节电控尾门的关闭和开启，保持电控尾门处的水位在目标水位附近。倒虹吸管电控闸门可模拟实际渠道中闸门的运动过程，有4段关闭或开启速度可设，可在控制器操作系统界面中输入电控闸门开度和运动时间。

电控闸门的驱动机构包括伺服电机及驱动器，高精度电动推杆，准确的运动速度由位移传感器提供反馈信号。闸门速度的控制精度小于1mm。

本实施例所述的控制器可以是任何一种带有控制和运算功能的计算机系统，可以是通用PC机、工控计算机系统或PLC工业控制系统等，或者是PC与PLC结合形成的计算机系统。所述的控制器带有控制程序，并通过专门设置的控制界面对各个控制要素进行控制。本实施例所述的控制器的控制界面如图2所示（图中对话框中的数据与本发明无关），各个控制要素的控制参数可以通过在对话框中输入数据，方便的进行控制，对整个平台的流量、水位、加冰器要素等集中显示、控制、采集和记录。

实施例二：

本实施例是实施例一的改进，是实施例一所述水量供给装置的细化。本实施例所述的水量供给装置由两条分别与源水箱和回水箱连接的管路组成，所述的两条管路上分别设有水泵和流量计，其中一条管路上安装的水泵是定速泵，另一条管路上安装的水泵是变频泵，所述的定速泵、变频泵、流量计与所述的控制器电连接。

本实施例由1台变频控制的离心泵（变频泵）和1台定速潜水泵（定速泵）组成，最大流量约为160L/s，当流量较小时单独使用变频离心泵，当流量较大时，同时使用2台水泵。流量的控制可在控制系统的界面中直接在“流量设定栏”中输入目标流量，点击“开泵”控制按钮即可，关泵时点击“关泵”控制按钮。控制器可根据流量的目标值和测量值自动实时调节变频器的工作频率和定速泵的开关，其中流量的实时准确值由2台流量计提供的反馈信号获得，形成闭环控制，调节精度取决于流量计的测量精度。

实施例三：

本实施例是实施例一的改进，是实施例一关于自动加冰机的细化，如图3所示。本实施例所述的自动加冰机由料斗805、定量输送带804和档冰器802组成，所述的料斗为上口大下口小的锥型，所述定量输送带的进料端设置在料斗的出口，所述输送带的出料端设置在加冰槽段的水槽801上方，所述的档冰器设置在输送带出口的下方；所述输送带由变频电机803驱动，所述变频电机与控制器电连接。

本实施例所述加冰器由料斗、定量输送带、挡冰器组成，是一种由水槽外的低处从水槽上方想水槽中输送冰块的设备。所述的料斗可以是圆锥形的，也可以是截面为矩形的料斗。所述的定量输送带的主要输送部件是带有刮板的履带。履带是一块块金属板铰接形成的链状带，每块履带片上设有刮板，刮板的设置方向与履带的运动方向垂直，两块刮板之间形成容纳冰块的一个个小方格空间。所述的履带由变频电机驱动，变频器控制电机转速进而控制加冰速度。履带紧贴在料斗出口（间距控制在2-3mm，太大和太小都容易卡住加冰机），这样在履带运行过程中冰块正好装满履带上两个刮板之间的小方格，不至于发生漏料的情况，而且保证冰块输送的连续性。料斗的边墙的倾斜角度要足够大（>50°）这样冰块不至于由于自身的粘性而在料斗中发生堆积，使得冰块的输送不连续。履带上设置有盖板，防止冰块在向高处输移过程中从小方格中滑落。盖板于与履带间的间距不宜过大了过小，过大，大量的滑落的冰块堆积在底部容易卡死履带；过小，履带运行过程中阻力增大，也容易卡死，间距在1-2cm左右比较合适。使用时将冰块加入料斗中，然后通过控制器的控制界面开关即可。

为了防止冰块由加冰机进入水槽时对水流产生较大的扰动，以及冰块能够均匀地进入水中，可以在输送带下方安装挡冰器。所述的档冰器可以使用挡板或纱网等设施，挡在冰块下落的途中，改变冰块如水的速度，以减小冰块落入水中的冲击。

实施例四：

本实施例是实施例三的改进，是实施例三关于料斗的细化。本实施例所述的料斗的锥型槽壁与水平面的夹角α大于50度，见图3。

实施例五：

本实施例是实施例三的改进，是实施例三关于定量输送带的细化，如图4所示，是图3中D点拆去侧挡板的放大图。本实施例所述的定量输送带包括：硬质材料的带片8043铰接连接形成的履带，所述履带由变频电机带动，所述的带片上设有与履带运动方向垂直8042的刮板，履带上方设有盖板8041。

本实施例所述的带片可以是金属、硬质塑料或硬质橡胶等材料。所述的变频电机即变频调速电机。所述刮板为长条状其宽度与履带的宽度接近或相等。所述上盖和刮板之间形成小方格，使冰块在运输过程中不至于脱落。

实施例六：

本实施例是实施例五的改进，是实施例五关于档冰器的细化，如图5所示。本实施例所述的档冰器包括：放在水槽中作为支架的四条支腿8022，所述的各个支腿上分别设有导轨8025，所述的导轨上设有带锁紧螺栓8024的连接块8023，所述的连接块与档冰面板8021固定连接。

所述的档冰器由挡冰面板、4个支腿及相应的螺丝、螺母组成。挡冰面板是一整块光滑的平板，可以是纤维板或有机玻璃板，这样冰块掉落在上面后可沿其斜面慢速滑落至水中，起到缓冲作用。固定块胶粘在挡冰面板的底部，中心打孔，可安装螺丝。4条支腿的中部开孔，形成导轨，螺丝可在支腿导轨中自由滑动，这样可以根据水槽中水位的高度来调节挡冰面板的高度，也可以根据需要调节挡冰面板的倾斜角度，以控制冰块滑落的速度。当挡冰面板的高度和倾斜角度调整完成以后，可用支腿两侧的紧固螺母将挡冰面板固定在所需位置处。螺丝的另一作用是可向两侧伸长，当水槽的宽度大于挡冰板的宽度时，可将螺丝向两侧伸长直至水槽的侧壁，起到在两侧方向上固定的作用，防止冰块下落撞击挡冰面板引起挡冰板的震动，从而对水流产生扰动。

实施例七：

本实施例是实施例一的改进，是实施例一关于倒虹吸管的细化，如图6所示。本实施例所述的倒虹吸管由下水管601、水平管602和上水管603组成，所述的上水管、水平管和下水管的截面形状均为矩形，所述矩形的宽度与直槽段相等，所述矩形的高度为直槽段高度的四分之一。

本实施例所述的倒虹吸管与直槽段相同，采用型钢框架，各管段之间用法兰连接。水槽底板采用玻璃钢材料，侧壁采用中空玻璃。

实施例八：

本实施例是上述实施例的改进，是上述实施例的关于电控倒虹吸闸门。本实施例所述的电控倒虹吸闸门包括：可以沿闸门导轨上下移动的闸门体，所述的闸门体上端设有丝杠，所述的丝杠由变速器带动，所述的变速器由可模拟实际渠道中闸门运动过程的伺服电机驱动。

实施例九：

本实施例是一种使用实施例一所述仿真平台的冰水耦合综合仿真方法，所述方法的步骤如下：

流量控制的步骤：用于开启水量供给装置，根据流量计提供反馈信号调节水泵的供给量，使水槽中的水流量达到实验要求的初始目标流量。根据实验的需要，水槽中要有一定流量的水流，水流由水量供给装置提供。水量供给装置主要由连接源水箱和回水箱的管路和管路上的水泵和流量计组成。在不开启水泵的情况下，水集中在回水箱中。水泵开启后，水泵通过所述的管路将水从回水箱中抽到源水箱中，水从源水箱流经水槽回到回水箱中，这样在水槽中形成水流。当水在源水箱中聚集到一定程度时，也就是源水箱中的水位达到一定高度是，水槽中的水流接近或达到实验所需要的初始目标水流。水流的大小由水泵的转速决定，水泵最高转速时水流最大。实验中需要多种水流，这就需要调整水泵的转速，使水流量达到实验的要求。所述管路中的流量计检测水的流量，并将水流量的信息传给控制器，控制器通过调节水泵的转速，使水槽中的水流量维持实验所需要的水流量。

水位控制的步骤：用于根据电控调节尾门处设置的水位传感器提供反馈信号，调节电控调节尾门，使模拟水槽中的水位达到实验设定的初始目标水位。当水槽中有一定的水流量后，需要对水槽中的水位进行调整，以达到实验所需要的水位。水工实验的一个重要参数就是水位，在各种水位条件下进行实验，同时观测实验中的水位变化，是水工实验的重要工作。因此，调整水槽中的原始目标水位十分重要。本实施例通过调整电控尾门使水槽中保持一定的水位。并通过电控尾门上游的水位传感器检测尾门上游的水位，控制器根据该传感器所获取的水位信息，调整尾门的开度。

加冰的步骤：用于通过自动加冰机向模拟水槽中输入冰块，并根据实验设定改变加冰量。加冰是本实施例的重要过程，在水槽中加冰，研究冰块在水槽模拟的渠道中，对水流的影响。由于是仿真实验，渠道是按比例缩小的，所以冰块也需要按比例缩小，冰块主要是薄片状小片，根据实验的需要，定量的倾倒在水槽中。定量倾倒冰块的方式，可以是通过由变频电机驱动的输送带，输送定量的冰块。改变变频电机的转速，增加和减小输送带的输送速度，得以改变冰块的倾倒量。

监测水位变化的步骤：用于通过自动加冰机与倒虹吸之间的直槽段上设置的水位传感器，采集水位数据，测量倒虹吸进口前冰块数量变化所引起的水位变化。水位的变化是最重要的水工实验参数，在冰块倾倒进水槽后，会引起水槽中的水位变化，特别是冰块在进入倒虹吸管时会引起倒虹吸管进口段的水流和水位的变化，因此，需要密切观测倒虹吸管进口段在各种加冰数量的情况下水位的变化。

记录的步骤：用于对实验过程中的流量、水位、加冰量的数据，以及冰块堆积、输移的过程进行记录。实验记录是科学实验最重要的元素，本实施例所述的需要记录的一些重要数据，由于是电讯号，可以通过控制器进行自动记录。但还有一些重要实验数据和实验过程的变化必须通过其他手段进行记录，当然也包括人工记录。而水流的流态变化是水工实验中不可或缺的记录，这种流态变化除由现场有丰富经验的科技人员进行观察外，还可以通过手持摄像机进行。由于流态变化所出现的位置通常无法确定，而且什么地方可以观察到流态的变化，从什么角度进行拍摄，只有在现场时才能确定，所以一般不设置固定位置的摄像机，只是在现场随机的进行手持拍摄。

改变初始目标流量或初始目标水位，反复进行加冰的步骤、监测水位变化的步骤、记录的步骤。仿真实验需要多种数据进行分析，因此，单一的流量和水位不能说明问题，必须反复的改变和调整实验中的重要参数，反复的进行实验才能达到理想的效果。在本实施例中初始目标流量和初始目标水位是两个十分重要的基本参数，两个初始参数的变化会引起整个实验参数的变化，因此需要反复调整和改变这两个参数，以达到满意的实验效果。

实施例十：

本实施例是实施例九的改进，是实施例九关于流量控制步骤的细化。本实施例所述的流量控制的步骤使用实施例二所述仿真平台的水量供给装置，所述装置的供水方法是：

用定速泵提供全部实验所需要的目标流量的60%-80%，用变频泵提供全部目标流量的20%-40%，并用变频泵调节和稳定目标流量。

本实施例采用两套平行的管路系统，每套管路系统都具有水泵和流量计，只是水泵不同，一条管路使用定速泵，另一条管路使用变频泵。这是一种节约资源的方式。在冰水耦合的仿真实验中，水流量通常保持在一定量上，调整只是在这一定量上进行微调，不是大范围内的调整，所以没有必要使用大功率的变频泵。使用定速泵产生一个较大的流量，再使用一个变频泵在较小的范围内进行调整，可以大大节约资金，也可以节约能源。例如本实施例，使用定速泵提供水流量的60%-80%，使用变频泵在水流量的20%-40%的范围内进行调整。

最后应说明的是，以上仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳布置方案对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案（比如整个实验平台各个槽段的连接方式、水位传感器的位置设置、实验方法的前后步骤等）进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。 

Claims (10)

1.一种冰水耦合综合仿真平台，包括：源水箱和回水箱，所述的源水箱和回水箱之间设有水量供给装置，多个直槽段，其特征在于，还包括：U字形槽段、带有自动加冰机的加冰槽段、出口带有电控倒虹吸闸门和倒虹吸出口水位传感器的倒虹吸管；所述的源水箱依次与加冰槽段、两到三个带有多个水位传感器的直槽段、倒虹吸管、一个直槽段、U字形槽段、多个直槽段、回水箱可拆卸的连接形成水槽，与回水箱连接的直槽段上设有带有水位传感器的电控尾门；所述的水量供给装置、自动加冰机、电控倒虹吸闸门、电控尾门、各个水位传感器与控制器电连接。

2.根据权利要求1所述的仿真平台，其特征在于，所述的水量供给装置由两条分别与源水箱和回水箱连接的管路组成，所述的两条管路上分别设有水泵和流量计，其中一条管路上安装的水泵是定速泵，另一条管路上安装的水泵是变频泵，所述的定速泵、变频泵、流量计与所述的控制器电连接。

3.根据权利要求1所述的仿真平台，其特征在于，所述的自动加冰机由料斗、定量输送带和挡冰器组成，所述的料斗为上口大下口小的锥型，所述定量输送带的进料端设置在料斗的出口，所述输送带的出料端设置在加冰槽段的水槽上方，所述的档冰器设置在输送带出口的下方；所述输送带由变频电机驱动，所述变频电机与控制器电连接。

4.根据权利要求3所述的仿真平台，其特征在于，所述的料斗的锥型槽壁与水平面的夹角大于50度。

5.根据权利要求3所述的仿真平台，其特征在于，所述的定量输送带包括：硬质材料的带片铰接连接形成的履带，所述履带由变频电机带动，所述的带片上设有与履带运动方向垂直的刮板，履带上方设有盖板。

6.根据权利要求3所述的仿真平台，其特征在于，所述的挡冰器包括：放在水槽中作为支架的四条支腿，所述的各个支腿上分别设有导轨，所述的导轨上设有带锁紧螺栓的连接块，所述的连接块与档冰面板固定连接。

7.根据权利要求1所述的仿真平台，其特征在于，所述的倒虹吸管由下水管、水平管和上水管组成，所述的上水管、水平管和下水管的截面形状均为矩形，所述矩形的宽度与直槽段相等，所述矩形的高度为直槽段高度的四分之一。

8.根据权利要求1-7之一所述的仿真平台，其特征在于，所述的电控倒虹吸闸门包括：可以沿闸门导轨上下移动的闸门体，所述的闸门体上端设有丝杠，所述的丝杠由变速器带动，所述的变速器由可模拟实际渠道中闸门运动过程的伺服电机驱动。

9.一种使用权利要求1所述仿真平台的冰水耦合综合仿真方法，其特征在于所述方法的步骤如下：

流量控制的步骤：用于开启水量供给装置，根据流量计提供反馈信号调节水泵的供给量，使水槽中的水流量达到实验要求的初始目标流量；

水位控制的步骤：用于根据电控调节尾门处设置的水位传感器提供反馈信号，调节电控调节尾门，使模拟水槽中的水位达到实验设定的初始目标水位；

加冰的步骤：用于通过自动加冰机向模拟水槽中输入冰块，并根据实验设定改变加冰量；

监测水位变化的步骤：用于通过自动加冰机与倒虹吸之间的直槽段上设置的水位传感器，采集水位数据，测量倒虹吸进口前冰块数量变化所引起的水位变化；

记录的步骤：用于对实验过程中的流量、水位、加冰量的数据，以及冰块堆积、输移的过程进行记录；

改变初始目标流量或初始目标水位，反复进行加冰的步骤、监测水位变化的步骤、记录的步骤。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述的流量控制的步骤使用权利要求2所述仿真平台的水量供给装置，所述装置的供水方法是：

用定速泵提供全部实验所需要的目标流量的60%-80%，用变频泵提供全部目标流量的20%-40%，并用变频泵调节和稳定目标流量。

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