CN103485305A - 坝下河道过饱和气体加速释放研究的实验装置 - Google Patents
坝下河道过饱和气体加速释放研究的实验装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103485305A CN103485305A CN201310424227.4A CN201310424227A CN103485305A CN 103485305 A CN103485305 A CN 103485305A CN 201310424227 A CN201310424227 A CN 201310424227A CN 103485305 A CN103485305 A CN 103485305A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- temp
- controlled
- water tank
- water
- river course
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000011160 research Methods 0.000 title claims abstract description 17
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 133
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 77
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 7
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 239000013049 sediment Substances 0.000 claims description 42
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims description 30
- 239000002002 slurry Substances 0.000 claims description 24
- 238000000338 in vitro Methods 0.000 claims description 18
- 230000008602 contraction Effects 0.000 claims description 9
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 abstract description 3
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 abstract description 2
- 238000002379 ultrasonic velocimetry Methods 0.000 abstract 3
- 230000032258 transport Effects 0.000 description 27
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 13
- 238000000034 method Methods 0.000 description 7
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 6
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 4
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 4
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 2
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N iron(III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]=O JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 229920000122 acrylonitrile butadiene styrene Polymers 0.000 description 1
- 238000005273 aeration Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 210000000476 body water Anatomy 0.000 description 1
- 238000009395 breeding Methods 0.000 description 1
- 230000001488 breeding effect Effects 0.000 description 1
- UZVHFVZFNXBMQJ-UHFFFAOYSA-N butalbital Chemical compound CC(C)CC1(CC=C)C(=O)NC(=O)NC1=O UZVHFVZFNXBMQJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 201000010099 disease Diseases 0.000 description 1
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 239000008399 tap water Substances 0.000 description 1
- 235000020679 tap water Nutrition 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000012876 topography Methods 0.000 description 1
- 238000009692 water atomization Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Aerodynamic Tests, Hydrodynamic Tests, Wind Tunnels, And Water Tanks (AREA)
Abstract
本发明公开一种坝下河道过饱和气体加速释放研究的实验装置，包括依次连接的循环水池、变频水泵、高压釜、可变坡的恒温水槽和沉砂池，所述沉砂池的出水口与所述循环水池进水口连接形成水循环；所述高压釜还与向所述高压釜输入氧气的供气箱连接；所述高压釜上设置有调节气阀、安全气阀、气压表以及总溶解气体测定仪；所述恒温水槽的两侧壁顶部设置有输沙箱；所述恒温水槽中还设置有紊动加速装置、节点模型、前端总溶解气体测定仪、后端总溶解气体测定仪、前端ADV三维流速测量仪和后端ADV三维流速测量仪。本发明装置结构简单，使用方便，能满足水体紊动、泥沙和不同河道节点边界、水温等各因素对坝下河道中过饱和气体释放的机理研究。
Description
技术领域
本发明属于水利水电工程流域，涉及一种坝下河道溶解气体过饱和的实验装置，具体的说是一种坝下河道过饱和气体加速释放研究的实验装置。
背景技术
随着高坝的大量修建，以此带来的环境问题愈益受到关注。高坝泄水过程中，由于泄水水头高、流速大，使大量空气卷吸进入水流，从而形成强掺气水流。当携带大量气泡的水流与坝下水体碰撞并进入深水区时，受紊动作用和水压变化的影响，大量气体释放并溶解于水体，使得水体饱和度增加从而形成过饱和水流。在天然河道中，过饱和气体较难从深水中析出，这样就导致了过饱和气体将随水流输移至河道下游很长的一段距离。河道水体中含有过量的气体，易引发鱼类气泡病，严重威胁它们的生存和繁殖。
影响天然河道水体过饱和气体释放的外界因素众多，主要有：（1）在复杂河道上的天然节点（突缩或突扩的两岸地形）、河道底坡以及人工节点（水下潜坝，两岸丁坝，建在水利工程枢纽下游的生态坝等）的影响下，河流水力特性将发生不同程度的变化，影响水流紊动，进而会影响过饱和气体的释放析出；（2）在气象因素影响下，水体理化特性发生一定程度的变化，尤其是水体水温在一定程度上也会影响坝下河道中过饱和气体的释放速率；（3）天然河流一般夹杂着泥沙颗粒，泥沙颗粒可以在水体中可以作为气体依附的介质，可以使得过饱和气体加速析出聚成小气泡，随后小气泡随水流流动并且上浮至水面进入大气。
目前关于复杂因素对坝下河道中过饱和气体释放的影响机理研究和观测手段都相对匮乏。现有技术常采用原型观测、物理模型实验以及室内装置实验等方法，但由于影响天然河流过饱和气体释放的因素众多，这些研究手段均在不同程度上存在困难和局限性，具体表现在：
（1）原型观测。该方法成本较高，观测极为不便，观测者需到坝体下游河道现场进行数据采集；因过饱和气体会随水流输移至河道下游很长距离，且坝体下泄水体的流量、流速、掺气量、下游水深等诸多物理因素存在不可重复性或不可控制性。
（2）物理模型实验。物理模型实验受场地条件的限制，难以实现开展大比尺模型实验工作；而小比尺物理模型实验又可能会忽略河道两岸边界条件对过饱和气体释放的影响，同时不能较好的解决因相似率问题带来的掺气量少等问题。
（3）室内装置实验模拟。现有技术的思路主要是针对流动性（水槽实验）或非流动性（搅拌实验）的水体，测量水流紊动、泥沙等与气体释放的关系；以上手段不能体现复杂河道形态及水利工程对过饱和气体释放的影响，也不能模拟水沙动态分布对过饱和气体释放的影响过程，因而很难根据该传统技术进行针对气体过饱和加速释放措施的深入开发。
因此，需要设计一种新型实验装置来弥补已有技术不足，能够准确测量水体紊动、泥沙、河道节点边界、水温等因素对坝下河道中过饱和气体释放的影响，为设计过饱和气体加速释放措施提供技术支撑。
发明内容
发明目的：本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种坝下河道过饱和气体加速释放研究的实验装置，满足不同紊动强度、不同泥沙组分、不同河道节点边界、不同温度条件下测量研究各因素与过饱和气体释放间的关系，且可以实现水体的循环利用，节约人力和财力，提高整体实验效率。
技术方案：本发明所述的坝下河道过饱和气体加速释放研究的实验装置，包括依次连接的循环水池、变频水泵、高压釜、可变坡的恒温水槽和沉砂池，所述沉砂池的出水口与所述循环水池进水口连接形成水循环；所述循环水池和可变坡度的恒温水槽的顶端均为敞口，与大气相连。
所述高压釜还与向所述高压釜输入氧气的供气箱连接；所述高压釜上设置有调节气阀、安全气阀、气压表以及总溶解气体测定仪；
所述恒温水槽的两侧壁顶部设置有输沙箱；所述恒温水槽中还设置有紊动加速装置、节点模型、前端总溶解气体测定仪、后端总溶解气体测定仪、前端ADV三维流速测量仪和后端ADV三维流速测量仪，所述紊动加速装置悬设在所述恒温水槽中，所述节点模型固定在所述恒温水槽的底部；所述前端总溶解气体测定仪和所述前端ADV三维流速测量仪设置在所述恒温水槽内的进水口处；所述后端总溶解气体测定仪和所述后端ADV三维流速测量仪设置在所述恒温水槽内的出水口处；所述恒温水槽的底部中央设置有温度控制仪。
优选地，所述恒温水槽的两侧壁顶部为弧形轨道，所述输沙箱沿所述弧形轨道滑动。
优选地，所述输沙箱由金属材料制成，它的上部为长方体，下部为梯形台；输沙箱可自由在弧形轨道滑动。所述输沙箱底部设有拦沙板，拦沙板的外拉板上标有刻度，可以调节控制漏沙口的开度；所述输沙箱上设置有电子称重器和重量传感器，可测定输沙箱内泥沙的重量。
所述恒温水槽的底部紧贴两侧壁处分别设置有一排带卡塞的卡槽，卡塞用于防止水流进卡槽中，使用卡槽时拔掉卡塞；所述恒温水槽的两侧壁上对应于所述卡槽的正上方分别设置一排卡套，卡套位于卡槽的正上方距两侧壁顶部1/4水槽高度处。
所述紊动加速装置包括杆身设有若干固定孔的多孔套杆、水平杆、竖直杆、旋转球、紊动加速浆以及遥控表；所述多孔套杆的一端卡在所述卡槽中，另一端固定在卡槽上方对应的卡套中；所述水平杆两端分别水平插入在所述恒温水槽内两侧的多孔套杆的固定孔中；所述竖直杆的上端通过所述旋转球与所述水平杆连接，所述竖直杆的下端与所述紊动加速浆固定连接；所述遥控表与所述旋转球经电线连接控制所述旋转球转动；紊动加速装置可随多孔套杆固定在卡套及其正下方卡槽位置的变化而任意移动。
所述节点模型上设置有与所述卡槽对应的孔，通过螺杆穿过孔将所述节点模型固定在任意对应的卡槽中。每个孔的位置满足可与任意一个卡槽贯通，且相邻2个孔的间距等于相邻2个卡槽的间距，孔的径深高度等于模型的高度。模型通过螺杆卡在卡槽内，螺杆高度等于卡槽的径深高度与模型的高度之和，螺杆直径为孔的内径。
为了适应不同的需要，所述节点模型可以包括任意形状，优选为跌坎模型、突缩模型、突扩模型、先缩后扩模型或一端开口的跌坎模型。其中，突缩模型、突扩模型、先缩后扩模型均为组合模型。在实验过程中，可以自行选择某一种节点模型模拟某种河道节点边界，也可以使用任何组合模型中的一个，其均可以模拟河道一岸出现节点的情况。同时，多个模型间还可以组合模拟更多的河道边界，如突缩模型与突扩模型组合，先缩后扩模型与突缩模型组合等。
所述固定孔均匀分布在所述多孔套杆上，且所述固定孔中设置有可压缩弹簧，所述可压缩弹簧的一端与多孔套杆壁连接，另一端与将上述固定孔封闭的孔盖连接。可压缩弹簧满足在水槽装满水且水平杆未插入固定孔时孔盖可将固定孔密封，防止水流进固定孔内。
进一步地，紊动加速浆是由四个空心叶片构成的十字形旋转浆。叶片外壳为四面体，前后两侧面分别为流线形曲面和矩形平面，上下两侧面均为一条直线和一条流线形曲线围成的闭合水平面，而流线形曲线符合库尔凡和普索拉提所提出的翼形函数。同时，四个空心叶片在同一旋转方向上看时，流线形曲面和矩形平面的前后相对位置是一致的。
所述变频水泵与所述高压釜之间还依次连接有第一阀闸和第一流量计；所述高压釜与所述恒温水槽之间还依次连接有第二阀闸和第二流量计；所述恒温水槽与所述沉砂池之间还依次连接有第三阀闸和第三流量计。所述沉沙池与所述循环水池间连接有第四阀闸。
优选地，所述卡槽为圆形螺纹卡槽；所述卡套为圆形卡套；所述节点模型上的孔为圆形螺纹孔，孔的内径与卡槽相同。
本发明与现有技术相比，其有益效果是：
（1）本发明装置采用循环水并可对水温、水体压力、掺气量、流量等影响总溶解气体过饱和生成的主要物理参数进行控制，进而获得更多的含过饱和气体水流的实验工况，装置结构简单，恒温水槽里的紊动加速装置和节点模型可以根据需要自行装卸，使用方便，能满足水体紊动、泥沙和不同河道节点边界、水温等各因素对坝下河道中过饱和气体释放的机理研究，且可实现水流自循环，节约人力和财力，提高整体利用效率。
（2）本发明中的恒温水槽是可变坡度的水槽，可以随意改变水槽的底坡，进而可模拟各种坡度的河床地形。在可变坡度的恒温水槽中底部紧贴两侧壁各设有一排带卡塞的圆形螺纹卡槽用于卡住不同的节点模型，进而可模拟多种河道边界，获得河道边界条件的突然变化与过饱和气体释放间的关系。
（3）本发明中紊动加速装置可随多孔套杆固定在圆形卡套及其正下方圆形螺纹卡槽位置的变化而任意移动，即可在实验水槽的不同断面位置使用紊动加速装置来对改变水体的紊动强度。本发明使用的每个紊动加速浆均可通过外接的摇控表来控制其旋转频次。同时，用于固定紊动加速装置的多孔套杆上有多个孔，使得紊动加速浆可在不同的水深位置对水体的紊动强度进行控制。这样就实现了水槽中不同断面和不同水深上的水体紊动强度改变对过饱和气体释放的影响。
（4）本发明中的输沙箱可在恒温水槽两侧壁顶部的弧形轨道自由滑动，同时，输沙箱底部的拦沙板的外拉板上标有刻度可以调节漏沙口的开度，且设有电子称重显示屏和重量传感器可测定输沙箱乘载泥沙的重量，这样就实现了水槽中不同断面上输入不同组分的泥沙颗粒对过饱和气体释放的影响。
附图说明
图1是本发明实施例1中实验装置的结构示意图；
图2是本发明实施例1中输沙箱与恒温水槽两侧壁顶部的弧形轨道连接的侧视图；
图3是本发明实施例1中固定在圆形螺纹卡槽上的不同类型节点模型的俯视图；
图4是本发明实施例1中紊动加速装置各部件结构及其与多孔套杆连接的侧视图；
图5是本发明实施例1中紊动加速浆的结构及其与竖直杆和旋转球的连接示意图。
具体实施方式
下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
实施例1
坝下河道过饱和气体加速释放研究的实验装置，其结构示意图如图1，循环水池1连接变频水泵2，第一阀闸3，第一流量计4后向高压釜6输入水体；供气箱5可控制自带阀门向高压釜6输入一定量的氧。高压釜6上设有调节气阀7、安全气阀10、气压表8以及总溶解气体测定仪9。其中，调节气阀7和气压表8可用于调节和读取高压釜6内水体压力；总溶解气体测定仪9用于测定高压釜6内水体的饱和度。含一定饱和气体的水体经第二阀闸11、第二流量计12流入可变坡度的恒温水槽13。
在可变坡度的恒温水槽13底部中央设有温度控制仪34用于控制水槽13中的水温，而恒温水槽13两侧壁顶部经弧形轨道16连接有输沙箱17。输沙箱17的上端为长方体，下端为梯形台，其底部的拦沙板的外拉板上标有刻度可以调节控制漏沙口的开度。在输沙箱17侧面和拦沙板底部分别设有电子称重显示屏18a和重量传感器18b可测定输沙箱乘载泥沙的重量。输沙箱17与恒温水槽13两侧壁顶部的弧形轨道16连接的侧视图见图2。
同时，恒温水槽13底部紧贴两侧壁各设有一排带卡塞的圆形螺纹卡槽14用于卡住不同的节点模型23，即在需要使用圆形螺纹卡槽14时可将卡塞取下用于卡住不同的节点模型23，而不需要使用圆形螺纹卡槽14时卡塞依旧卡在圆形螺纹卡槽14内，防止水流进入。不同类型节点模型23可以包括：跌坎模型A、突缩模型B1、B2、突扩模型C1、C2、先缩后扩模型D1、D2以及一端开口的跌坎模型E等。不同的节点模型23均设有若干个螺纹圆孔23a。螺纹圆孔23a的内径与水槽13底部的圆形螺纹卡槽14一样。每个螺纹圆孔23a的位置满足可与任意一个圆形螺纹卡槽14贯通，且相邻2个螺纹圆孔23a的间距等于相邻2个圆形螺纹卡槽14的间距，螺纹圆孔23a的径深高度等于模型23的高度。模型23通过螺杆23b卡在圆形螺纹卡槽14内，螺杆高度23b等于圆形螺纹卡槽14的径深高度与模型23的高度之和，螺杆23b直径为圆孔23a的内径。固定在圆形螺纹卡槽14上的不同类型节点模型23的俯视图见图3。这里需说明的是：图3是汇总了本发明所述的五种节点模型23固定在圆形螺纹卡槽14上时的俯视图，而在实验中则根据需要自行选择一种或者多种节点模型23，并将其固定在在圆形螺纹卡槽14上。
位于圆形螺纹卡槽14的正上方距两侧壁顶部1/4水槽高度处各设一排圆形卡套15，可卡住用于固定紊动加速装置21的多孔套杆19的一端，而另一端则卡在圆形螺纹卡槽14内。所述紊动加速装置21可随多孔套杆19固定在圆形卡套15及其正下方圆形螺纹卡槽14位置的变化而任意移动，其包括：多孔套杆19、紊动加速浆35、水平杆29、竖直杆30、旋转球33以及遥控表22。紊动加速浆35固定在竖直杆30的下端，竖直杆30的上端经旋转球33与水平杆29连接，旋转球33经电线又与遥控表22连接，而水平杆29水平插入多孔套杆19上的固定孔20内。所述固定孔20均匀分布在多孔套杆19上，且每个固定孔20内设计有可压缩弹簧32。可压缩弹簧32的一端与多孔套杆19壁连接，另一端与孔盖31连接。每个固定孔20的可压缩弹簧32满足在水槽13装满水且水平杆29尚未插入固定孔20时孔盖31可将固定孔20密封，防止水流进固定孔20内。紊动加速装置21各部件结构及其与多孔套杆19连接的侧视图见图4。所述紊动加速浆35是由四个空心叶片构成的十字形紊动加速旋转浆。叶片外壳为四面体，前后两侧面分别为流线形曲面和矩形平面，上下两侧面均为一条直线和一条流线形曲线围成的闭合水平面，而流线形曲线符合库尔凡和普索拉提所提出的翼形函数。同时，四个空心叶片在同一旋转方向上看时，流线形曲面和矩形平面的前后相对位置是一致的。紊动加速浆35的结构图及其与竖直杆30和旋转球33的连接示意图见图5。
可变坡度的恒温水槽13内还外置有前端总溶解气体测定仪24a、前端ADV三维流速测量仪25a和后端总溶解气体测定仪24b、后端ADV三维流速测量仪25b。从可变坡度的恒温水槽13流出的水流（或含沙水流）经第三阀闸26、第三流量计36、沉砂池27以及第四阀闸28又连接回循环水池1。
本发明坝下过饱和气体加速释放研究的实验装置所用仪器设备以及结构尺寸:
1.循环水池1的长×宽×高=2m×1.5m×1.2m；
2.供气箱5的功率为120w；变频水泵2的功率为1500w；
3.高压釜6及其上设置的调节气阀7、安全气阀10和气压表8、第一流量计4、第二流量计12、第三流量计36、总溶解气体测定仪924a24b、温度控制仪34均选用授权号为CN101642071B的中国专利中所选的；
4.可变坡的恒温水槽13为玻璃水槽，其内部的长×宽×高=10m×0.6m×0.5m，两侧壁厚度0.04m，底部厚度为0.06m；
5.前置和后置ADV三维流速测量仪均选用的型号为FlowTracker；
6.输沙箱17的上端长方体的长(水槽宽度)×宽×高=0.6m×0.3m×0.2m，下端梯形台的底面漏沙口的长(水槽宽度)×宽=0.6m×0.1m，而梯形台的高度为0.2m。输沙箱17由防锈金属材料制成。输沙箱17外拉板上的刻度精确到0.1cm，而电子称重显示屏和重量传感器详见授权号为CN201518841U的中国专利。
7.圆形螺纹卡槽14的内径×径深=0.05m×0.06m，圆形卡套15的内径×径深=0.05m×0.03m，其位于圆形螺纹卡槽14正上方且距水槽13顶部为0.125m处。圆形螺纹卡槽14和圆形卡套15的数量均为100个，且相邻两个卡槽14或卡套15的间距均为0.1m；
8.多孔套杆19的直径×高=0.05m×0.42m，多孔套杆19的数量为2根；多孔套杆19上固定孔20的内径×径深=0.03m×0.04m，固定孔20的数量为9个，相邻两个固定孔20的间距为0.04m；多孔套杆19由防锈金属材料制成；
9.紊动加速装置21中的紊动加速浆35的四个叶片矩形平面的宽×高=0.04m×0.06m，紊动加速浆35数量为3个，3根竖直杆30的长度×内径=0.04m×0.02m，水平杆29的长度×内径=0.52m×0.03m，遥控表22可以提供100、200、300、400、600、800、1000、1200转数/分钟等8个转动频次。紊动加速浆35、水平杆29、竖直杆30、旋转球33均由金属材料制成，且其表面均镀有绝缘防水材料。
10.节点模型23及其尺寸为（注：水流方向假定为节点模型的宽度）：1）跌坎模型A的长×宽×高=0.6m×0.5m×0.15m、2）突缩模型B1B2的长×宽×高=0.1m×1m×0.3m、3）突扩模型C1C2和先缩后扩模型D1D2的高均为0.3m，其横截面均为长×宽=0.1m×1m的三角形，形状一样，只是安装时方位转了180度、4）一端开口的跌坎模型E的长×宽×高=0.48×0.5m×0.2m。其中，跌坎模型A和一端开口的跌坎模型E上的螺纹圆孔个数为5，而突缩模型B1B2、突扩模型C1C2和先缩后扩模型D1D2上的螺纹圆孔个数均为10。所有节点模型23均由ABS塑料制成。
本发明装置适用于水体紊动、泥沙和不同河道节点边界、水温等单个因素或多个外界因素对坝下河道中过饱和气体释放影响测量，工作原理是：通过紊动加速装置21、输沙箱17和不同的节点模型23、温度控制仪34来实现不同影响因素的条件。1）紊动加速装置21中的每个紊动加速浆35均可通过外接的摇控表22来控制其旋转频次。紊动加速装置21可随多孔套杆19固定在圆形卡套15及其正下方圆形螺纹卡槽14位置的变化而任意移动。同时，用于固定紊动加速装置21的多孔套杆19上有多个固定孔20，使得紊动加速浆35可在不同的水深位置对水体的紊动强度进行控制，实现了水槽13中不同断面和不同水深上的水体紊动强度改变对过饱和气体释放的影响；2）输沙箱17底部的拦沙板的外拉板上标有刻度可以调节漏沙口的开度，且输沙箱17侧面和拦沙板底部分别设有电子称重显示屏18a和重量传感器18b可测定输沙箱乘载泥沙的重量，实现了水槽13中不同断面上输入不同组分的泥沙颗粒对过饱和气体释放的影响；3）将圆形螺纹卡槽14的卡塞取下用于卡住不同的节点模型23，进而可模拟多种河道地形或者河道上修建的水利建筑物，实现对河道边界条件的突然变化对过饱和气体释放的影响；4）利用温度控制仪34控制水槽13内水流的温度，实现了不同水温对过饱和气体释放的影响。
本发明装置的工作过程如下：
1、按照图1所示，调节可变坡的恒温水槽13到某一坡度，并将其与外部各个部件连接好。同时，将实现某种影响因素的部件安装与固定。如按照图4单独将紊动加速浆35固定在水槽13的某一断面位置的某一高度；或如选取图3所示的某一节点模型23（如跌坎模型A），并将其固定在水槽13的某一断面位置；再如将输沙箱17滑动到水槽13的某一断面正上方；
2、在循环水池1中装满自来水并且充分曝气24h；
3、打开供气箱5，同时打开变频水泵2，分别向高压釜6输入氧气和水，水的流量由第一阀闸3控制，掺气量由供气箱5上自带阀门控制，由高压釜6上调节气阀7来减小或增大高压釜6内压强以得到所需饱和度值，由总溶解气体测定仪9测定高压釜6内水体的饱和度；
4、为安全起见，通过调节气阀7控制高压釜6内压强不超过0.2Mpa；
5、开启第二阀闸11和第二流量计12，使得高压釜6充气加压后一定流量的水体流入水槽13中，此时可见水槽13水体中有大量微小气泡，当高压釜6内压强大于0.1Mpa时，水槽13水体中可见水雾化现象；
6、由温度控制仪34控制并恒定实验水温，并将设置在水槽13外面的前置总溶解气体测定仪24a和后置总溶解气体测定仪24b放置在水槽13前后两端，以测定水体溶解气体饱和度值；
7、待水槽13内水体蓄到实验水深后，开启第三阀闸26、第三流量计36和第四阀闸28。同时，控制第三阀闸26的开度，保证第三流量计36上的读数与第二流量计12一致，实现水槽13中的水体维持一定的水深；
8、开启遥控表22，选择紊动加速浆35的转动频次；或将选取的某一粒径和重量的泥沙置于输沙箱17，外拉拦沙板到某一开度，向水槽13输沙；同时，利用前置ADV三维流速测量仪25a和后置ADV三维流速测量仪25b分别测定紊动加速装置35或输沙箱17前后水槽各断面的水流流态；或直接利用前置ADV三维流速测量仪25a和后置ADV三维流速测量仪25b分别测定节点模型23附近各断面的水流流态；并且观测记录前置总溶解气体测定仪24a和后置总溶解气体测定仪24b的读数；
9、实验结束后，停止向高压釜6输入氧气和水，并关闭第一阀闸3、第二阀闸11、第三阀闸26和第四阀闸28。而遗留在沉砂池27中的水（或水沙）可使用抽水泵将其抽走。
如果需要研究多因素对过饱和气体释放的影响，则只需在上述过程步骤1中将不同影响因素的部件分别安装与固定在水槽13相应位置，然后再根据上述过程步骤2～9进行实验。
如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。
Claims (10)
1.一种坝下河道过饱和气体加速释放研究的实验装置，其特征在于：包括依次连接的循环水池（1）、变频水泵（2）、高压釜（6）、可变坡的恒温水槽（13）和沉砂池（27），所述沉砂池（27）的出水口与所述循环水池（1）进水口连接形成水循环；
所述高压釜（6）还与向所述高压釜（6）输入氧气的供气箱（5）连接；所述高压釜（6）上设置有调节气阀（7）、安全气阀（10）、气压表（8）以及总溶解气体测定仪（9）；
所述恒温水槽（13）的两侧壁顶部设置有输沙箱（17）；所述恒温水槽（13）中还设置有紊动加速装置（21）、节点模型（23）、前端总溶解气体测定仪（24a）、后端总溶解气体测定仪（24b）、前端ADV三维流速测量仪（25a）和后端ADV三维流速测量仪（25b），所述紊动加速装置（21）悬设在所述恒温水槽（13）中，所述节点模型（23）固定在所述恒温水槽（13）的底部；所述前端总溶解气体测定仪（24a）和所述前端ADV三维流速测量仪（25a）设置在所述恒温水槽（13）内的进水口处；所述后端总溶解气体测定仪（24b）和所述后端ADV三维流速测量仪（25b）设置在所述恒温水槽（13）内的出水口处；所述恒温水槽（13）的底部中央设置有温度控制仪（34）。
2.根据权利要求1所述的坝下河道过饱和气体加速释放研究的实验装置，其特征在于：所述恒温水槽（13）的两侧壁顶部为弧形轨道（16），所述输沙箱（17）沿所述弧形轨道（16）滑动。
3.根据权利要求1所述的坝下河道过饱和气体加速释放研究的实验装置，其特征在于：所述输沙箱（17）的上部为长方体，下部为梯形台；所述输沙箱（17）底部设有拦沙板，拦沙板的外拉板上标有刻度；所述输沙箱（17）上设置有电子称重器（18a）和重量传感器（18b）。
4.根据权利要求1所述的坝下河道过饱和气体加速释放研究的实验装置，其特征在于：所述恒温水槽（13）的底部紧贴两侧壁处分别设置有一排带卡塞的卡槽（14）；所述恒温水槽（13）的两侧壁上对应于所述卡槽（14）的正上方分别设置一排卡套（15）；
所述紊动加速装置（21）包括杆身设有若干固定孔（20）的多孔套杆（19）、水平杆（29）、竖直杆（30）、旋转球（33）、紊动加速浆（35）以及遥控表（22）；所述多孔套杆（19）的一端卡在所述卡槽（14）中，另一端固定在对应的卡套（15）中；所述水平杆（29）两端分别水平插入在所述恒温水槽（13）内两侧的多孔套杆（19）的固定孔（20）中；所述竖直杆（30）的上端通过所述旋转球（33）与所述水平杆（29）连接，所述竖直杆（30）的下端与所述紊动加速浆（35）固定连接；所述遥控表（22）与所述旋转球（33）经电线连接控制所述旋转球（33）转动；
所述节点模型（23）上设置有与所述卡槽（14）对应的孔（23a），通过螺杆（23b）穿过孔（23a）将所述节点模型（23）固定在任意对应的卡槽（14）中。
5.根据权利要求4所述的坝下河道过饱和气体加速释放研究的实验装置，其特征在于：所述节点模型（23）为跌坎模型、突缩模型、突扩模型、先缩后扩模型或一端开口的跌坎模型。
6.根据权利要求4所述的坝下河道过饱和气体加速释放研究的实验装置，其特征在于：所述固定孔（20）均匀分布在所述多孔套杆（19）上，且所述固定孔（20）中设置有可压缩弹簧（32），所述可压缩弹簧（32）的一端与多孔套杆（19）壁连接，另一端与将上述固定孔（20）封闭的孔盖（31）连接。
7.根据权利要求4所述的坝下河道过饱和气体加速释放研究的实验装置，其特征在于：所述卡槽（14）为圆形螺纹卡槽；所述卡套（15）为圆形卡套；所述节点模型（23）上的孔（23a）为圆形螺纹孔，孔（23a）的内径与卡槽（14）相同。
8.根据权利要求4所述的坝下河道过饱和气体加速释放研究的实验装置，其特征在于：所述紊动加速浆（35）是由四个空心叶片构成的十字形旋转浆。
9.根据权利要求8所述的坝下河道过饱和气体加速释放研究的实验装置，其特征在于：所述紊动加速浆（35）的叶片外壳为四面体，前后两侧面分别为流线形曲面和矩形平面，上下两侧面均为一条直线和一条流线形曲线围成的闭合水平面，而流线形曲线符合库尔凡和普索拉提所提出的翼形函数；同时，四个空心叶片在同一旋转方向上看时，流线形曲面和矩形平面的前后相对位置一致。
10.根据权利要求1所述的坝下河道过饱和气体加速释放研究的实验装置，其特征在于：所述变频水泵（2）与所述高压釜（6）之间还依次连接有第一阀闸（3）和第一流量计（4）；所述高压釜（6）与所述恒温水槽（13）之间还依次连接有第二阀闸（11）和第二流量计（12）；所述恒温水槽（13）与所述沉砂池（27）之间还依次连接有第三阀闸（26）和第三流量计（36）；所述沉砂池（27）和所述循环水池（1）之间连接有第四阀闸（28）。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201310424227.4A CN103485305B (zh) | 2013-09-17 | 2013-09-17 | 坝下河道过饱和气体加速释放研究的实验装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201310424227.4A CN103485305B (zh) | 2013-09-17 | 2013-09-17 | 坝下河道过饱和气体加速释放研究的实验装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN103485305A true CN103485305A (zh) | 2014-01-01 |
| CN103485305B CN103485305B (zh) | 2014-07-09 |
Family
ID=49825860
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201310424227.4A Active CN103485305B (zh) | 2013-09-17 | 2013-09-17 | 坝下河道过饱和气体加速释放研究的实验装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN103485305B (zh) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104913903A (zh) * | 2015-06-03 | 2015-09-16 | 中国环境科学研究院 | 水动力实验装置 |
| CN105004845A (zh) * | 2015-06-30 | 2015-10-28 | 四川大学 | 利用活性炭促进过饱和总溶解气体释放的方法及实验装置 |
| CN105137020A (zh) * | 2015-08-20 | 2015-12-09 | 四川大学 | 利用曝气促进过饱和总溶解气体释放的方法及其实验装置 |
| CN106405037A (zh) * | 2016-10-20 | 2017-02-15 | 姜海 | 一种气体过饱和生物监测装置 |
| CN106442914A (zh) * | 2016-10-20 | 2017-02-22 | 姜海 | 一种基于互联网的气体过饱和生物监测装置 |
| CN106596041A (zh) * | 2016-11-11 | 2017-04-26 | 四川大学 | 射流入水tdg饱和度与射流条件相关关系的实验装置 |
| CN107168394A (zh) * | 2017-06-29 | 2017-09-15 | 中国水产科学研究院长江水产研究所 | 一种实验室可定量控制的溶解性气体过饱和水体发生装置 |
| CN107179388A (zh) * | 2017-05-16 | 2017-09-19 | 水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院 | 一种研究过饱和气体在河道中全程释放规律的装置及方法 |
| CN108467078A (zh) * | 2018-04-02 | 2018-08-31 | 浙江水利水电学院 | 促进河流过饱和溶解气体释放装置 |
| CN114923667A (zh) * | 2021-06-16 | 2022-08-19 | 中国科学院力学研究所 | 一种实现溶液饱和度可控的循环水槽实验装置及方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4023929A (en) * | 1974-09-04 | 1977-05-17 | Bayer Aktiengesellschaft | Process for determining traces of mercury in liquids |
| JPS61110056A (ja) * | 1984-11-05 | 1986-05-28 | Hitachi Ltd | 液体精製方法及びその装置 |
| CN201203602Y (zh) * | 2008-06-10 | 2009-03-04 | 四川大学 | 大坝泄水下游水体过饱和总溶解气体的实验装置 |
| CN101303336B (zh) * | 2008-06-10 | 2012-05-30 | 四川大学 | 大坝泄水下游水体过饱和总溶解气体的实验装置 |
| CN101806793B (zh) * | 2010-03-15 | 2013-07-24 | 四川大学 | 高速射流掺气生成过饱和总溶解气体的实验装置 |
-
2013
- 2013-09-17 CN CN201310424227.4A patent/CN103485305B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4023929A (en) * | 1974-09-04 | 1977-05-17 | Bayer Aktiengesellschaft | Process for determining traces of mercury in liquids |
| JPS61110056A (ja) * | 1984-11-05 | 1986-05-28 | Hitachi Ltd | 液体精製方法及びその装置 |
| CN201203602Y (zh) * | 2008-06-10 | 2009-03-04 | 四川大学 | 大坝泄水下游水体过饱和总溶解气体的实验装置 |
| CN101303336B (zh) * | 2008-06-10 | 2012-05-30 | 四川大学 | 大坝泄水下游水体过饱和总溶解气体的实验装置 |
| CN101806793B (zh) * | 2010-03-15 | 2013-07-24 | 四川大学 | 高速射流掺气生成过饱和总溶解气体的实验装置 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 蒋亮等: "高坝下游水体中溶解气体过饱和问题研究", 《四川大学学报（工程科学版）》, vol. 40, no. 5, 30 September 2008 (2008-09-30), pages 69 - 73 * |
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104913903A (zh) * | 2015-06-03 | 2015-09-16 | 中国环境科学研究院 | 水动力实验装置 |
| CN104913903B (zh) * | 2015-06-03 | 2020-12-04 | 中国环境科学研究院 | 水动力实验装置 |
| CN105004845A (zh) * | 2015-06-30 | 2015-10-28 | 四川大学 | 利用活性炭促进过饱和总溶解气体释放的方法及实验装置 |
| CN105137020A (zh) * | 2015-08-20 | 2015-12-09 | 四川大学 | 利用曝气促进过饱和总溶解气体释放的方法及其实验装置 |
| CN106405037A (zh) * | 2016-10-20 | 2017-02-15 | 姜海 | 一种气体过饱和生物监测装置 |
| CN106442914A (zh) * | 2016-10-20 | 2017-02-22 | 姜海 | 一种基于互联网的气体过饱和生物监测装置 |
| CN106596041B (zh) * | 2016-11-11 | 2018-11-13 | 四川大学 | 射流入水tdg饱和度与射流条件相关关系的实验装置 |
| CN106596041A (zh) * | 2016-11-11 | 2017-04-26 | 四川大学 | 射流入水tdg饱和度与射流条件相关关系的实验装置 |
| CN107179388A (zh) * | 2017-05-16 | 2017-09-19 | 水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院 | 一种研究过饱和气体在河道中全程释放规律的装置及方法 |
| CN107168394A (zh) * | 2017-06-29 | 2017-09-15 | 中国水产科学研究院长江水产研究所 | 一种实验室可定量控制的溶解性气体过饱和水体发生装置 |
| CN107168394B (zh) * | 2017-06-29 | 2019-04-16 | 中国水产科学研究院长江水产研究所 | 一种实验室可定量控制的溶解性气体过饱和水体发生装置 |
| CN108467078A (zh) * | 2018-04-02 | 2018-08-31 | 浙江水利水电学院 | 促进河流过饱和溶解气体释放装置 |
| CN114923667A (zh) * | 2021-06-16 | 2022-08-19 | 中国科学院力学研究所 | 一种实现溶液饱和度可控的循环水槽实验装置及方法 |
| CN114923667B (zh) * | 2021-06-16 | 2024-01-26 | 中国科学院力学研究所 | 一种实现溶液饱和度可控的循环水槽实验装置及方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN103485305B (zh) | 2014-07-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103485305B (zh) | 坝下河道过饱和气体加速释放研究的实验装置 | |
| Bombač et al. | Numerical and physical model study of a vertical slot fishway | |
| CN110187076A (zh) | 一种实验室冰塞冰坝雷达测量试验装置和方法 | |
| CN108286237B (zh) | 一种含沙水流对分层型水库水温结构影响的物理模型及实验方法 | |
| CN101806793B (zh) | 高速射流掺气生成过饱和总溶解气体的实验装置 | |
| CN105865745A (zh) | 一种分层流模拟试验水槽系统 | |
| CN106018739A (zh) | 一种潮滩-潮沟系统地貌演变物理模型试验系统及方法 | |
| CN103798121B (zh) | 水利工程影响下的水华生消多功能实验研究系统及运行方法 | |
| CN208706080U (zh) | 一种滨海地区海水入侵过程的模拟装置 | |
| CN110158536A (zh) | 一种多支流水库异重流模拟试验装置及多支流水库异重流实验方法 | |
| CN110146551A (zh) | 一种冰塞冰坝和冰下水体介电常数应急标定装置和方法 | |
| Ismail et al. | Opposing wave effect on momentum jets spreading rate | |
| CN108570961A (zh) | 海床模拟循环水槽 | |
| CN106596041B (zh) | 射流入水tdg饱和度与射流条件相关关系的实验装置 | |
| CN108931821B (zh) | 人类活动影响下岩溶水运动及溶质运移过程三维试验装置 | |
| Chen et al. | Scale effects of air-water flows in stilling basin of multi-horizontal submerged jets | |
| CN105698969A (zh) | 一种水库坝前垂向水温参混逆温效应观测方法及装置 | |
| Müller et al. | Experiments on the effect of inflow and outflow sequences on suspended sediment exchange rates | |
| CN208350320U (zh) | 开闸式和持续入流式两用异重流试验装置 | |
| Hearn et al. | Tidally induced jet in Koombana Bay, Western Australia | |
| US6755591B1 (en) | Liquid flow controller device | |
| CN209542048U (zh) | 一种填海造陆后淡水体形成及运移模拟装置 | |
| CN207700139U (zh) | 海床模拟循环水槽 | |
| CN209397563U (zh) | 模拟漫顶溃决的试验装置 | |
| Justin-Brochet et al. | Recent improvements for the Berre lagoon modelling with TELEMAC-3D |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CP03 | Change of name, title or address | ||
| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: 430010 No.1, Liuhe Road, Jiang'an District, Wuhan City, Hubei Province Patentee after: CHINA THREE GORGES Corp. Country or region after: China Patentee after: HOHAI University Address before: 210000 No. 8 Focheng West Road, Jiangning Development Zone, Nanjing City, Jiangsu Province Patentee before: HOHAI University Country or region before: China Patentee before: CHINA THREE GORGES Corp. Address after: 210000 No. 8 Focheng West Road, Jiangning Development Zone, Nanjing City, Jiangsu Province Patentee after: HOHAI University Country or region after: China Patentee after: CHINA THREE GORGES Corp. Address before: 210000 No. 8 Focheng West Road, Jiangning Development Zone, Nanjing City, Jiangsu Province Patentee before: HOHAI University Country or region before: China Patentee before: CHINA THREE GORGES Corp. |