CN103915017B - 一种模拟水温分层流动的供水装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种模拟水温分层流动的供水装置，包括：供水前池，供水前池设有溢流堰和水流驱动器，水流驱动器与分层隔板箱连接，水流驱动器包括：两块导流板，竖直设置的喷水管，喷水管上设置多个透水孔，进水格栅，进水格栅由水面竖直向下并排设置的多条板面与水流方向垂直的长条板构成，分层隔板箱内设有在竖直方向上均布的水平隔板。本发明采用喷水管和导流板形成的水流驱动器，喷水管竖直多孔出流能够保证水流平稳，对加热区内水体影响较小。水流驱动器能有效推动水流向下游流动，避免透水孔附近水流两侧翻滚，影响加热后的水流向下游的流动。有效解决现有技术的稳定分层不掺混加水装置工程量大、动态调整性差等问题。

Description

一种模拟水温分层流动的供水装置

技术领域

本发明涉及一种模拟水温分层流动的供水装置，是一种环保生态水工实验系统供水装置，是一种用于对水库、深水河流由浅入深的水流流动和水温变化的模拟实验系统的供水装置。

背景技术

采用水温分层物理模型试验方法，是研究分层取水问题的广泛应用和十分有效的技术手段。现有的水温分层物理实验有采用对试验水池内的水体进行缓慢地分层注入不同温度的水，由于水体密度的不同，冷水下潜热水上浮，最终形成水温分层条件。但在实际操作过程中发现，当注入不同温度的水时，容易发生掺混很难达到预期分布效果。中国专利《稳定分层不掺混加水装置》（公告号：CN101788289，公告日2010.7.28），先通过加热系统将不同加热池内的水体分别加热，然后利用该装置将不同温度的水体一次性注入模型水库，静置模型水库内水体，最后形成多层水库水温。该专利虽在一定程度上解决了水温掺混问题，但当水温分层较多时，工程量较大，且动态调整性较差。除此之外，上述方法虽然能在初期形成水温垂线分布，然而一旦开始取水，水库内形成流动状态，水温垂线分布又将发生变化，同时库内水体逐渐减少。模拟过程中水温-流场无法达到稳定状态，持续时间也较为短暂，因此仍无法模拟出大型水温分层型水库中，进水口取水引起的连续分层流动过程，即无法长时间模拟动态流场中的稳定分层温度场变化。

发明内容

为了克服现有技术的问题，本发明提出了一种模拟水温分层流动的供水装置。所述的装置可以持续模拟水库内稳定分层水流，能够实现整个实验系统中水温分布的动态调整，从而很好地达到预期目标分布，工程量小，操作简单可行。

本发明的目的是这样实现的：一种模拟水温分层流动的供水装置，包括：通过抽水泵和供水管从循环水库中取水流的供水前池，所述的供水前池的左右池壁上分别设有溢流堰，所述的供水前池中设置有水流驱动器，所述的水流驱动器与分层隔板箱连接，所述的水流驱动器，包括：水平平面内以等腰三角形两个等腰边分布的两块导流板，竖直设置在所述等腰三角形的顶角位置的喷水管，所述的喷水管通过供水管与抽水泵连接，喷水管上设置多个透水孔，设置在所述等腰三角形底边上的进水格栅，所述的进水格栅由水面竖直向下并排设置的多条板面与水流方向垂直的长条板构成，所述的分层隔板箱内设有在竖直方向上均布的水平隔板。

进一步的，所述的喷水管为竖直的圆筒形，圆筒形的一侧端面与连接抽水泵的供水管连接，圆筒形的另一端面封闭，圆筒形的外圆面朝向下游一侧均匀设置多个透水孔。

进一步的，所述的水流驱动器的下端与供水前池的池底距离保持至少1-2个两块相邻水平隔板之间的距离。

进一步的，所述溢流堰包括：安装在溢流堰侧壁上的固定门槽，所述的固定门槽上插入多条门条板，所述的门条板沿上端的长边设有突起，沿下端长边设有凹槽。

本发明产生的有益效果是：本发明采用喷水管和导流板形成的水流驱动器，将喷水管垂直于水面，用多孔出流的形式，能够很好的保证来流水流平稳，对下游加热区内水体影响较小。所示的水流驱动器内的三角区域，能有效推动水流向下游流动，避免透水孔附近水流两侧翻滚，影响加热后的水流向下游的流动。受导流板影响，供水区三角区域内水流呈现上正下负的流速分布，保证两侧溢流堰流出的水为库底非加热水，确保加热水不回流，有效解决现有技术的稳定分层不掺混加水装置工程量大、动态调整性差等问题。

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装置的结构示意图；

图2是本发明的实施例一所述装置的结构示意图，是图1中A-A方向的剖视图；

图3是本发明的实施例一所述供水前池中流速示意图；

图4是本发明的实施例一所述进水格栅的结构示意图；

图5本发明的实施例二所述一排透水孔的喷水管结构原理示意图，是图1中B向视图；

图6是本发明的实施例二所述三排透水孔的喷水管结构原理示意图；

图7是本发明的实施例四所述溢流堰的结构示意图；

图8是本发明的实施例四所述门板条的凹槽和突起在中间位置的示意，图是图7中C-C剖视图；

图9是本发明的实施例四所述门板条的凹槽和突起在一侧位置的示意图，是图7中C-C剖视图。

具体实施方式

实施例一：

本实施例是一种模拟水温分层流动的供水装置，如图1、2所示。本实施例包括：通过抽水泵2和供水管从循环水库1中获取水流的供水前池9，所述的供水前池的左右池壁上分别设有溢流堰5，所述的供水前池中设置有水流驱动器8，所述的水流驱动器与分层隔板箱7连接，所述的水流驱动器，包括：水平平面内以等腰三角形两个等腰边分布的两块导流板4，竖直设置在所述等腰三角形的顶角位置的喷水管3，所述的喷水管通过供水管与抽水泵连接，所述的喷水管上设置多个透水孔，设置在所述等腰三角形底边上的进水格栅6，所述的进水格栅由水面竖直向下并排设置的多条板面与水流方向垂直的长条板构成，所述的分层隔板箱内设有在竖直方向上均布的水平隔板10。

本实施例是布置在模拟水温分层实验系统前端的供水装置，用于为实验池11（见图1、2）供给稳定的分层水流，便于加热后形成由水面到水底不同层次、不同温度的流动水体，以便进行模拟水温分层实验。因此，本实施例的上游是循环水库，下游与加热装置混合，并连接实验水池。循环水库是一个长条形的水槽，循环水库容积较大，可以将实验后的弃水冷却，再循环使用。抽水泵一般设在循环水库的底部，以便抽取循环水库底部温度较低的水。实验水池中设置了多个水温传感器12，测量各个层次水流的水温，以便进行分层水温实验。

本实施例所述的供水前池为长方形水池，水池的左右两侧池壁设有溢流堰，利用溢流堰的高度控制供水前池中的水位。溢流堰流出的水流进入循环水库中（如图1中进水前池左右两侧的箭头所示）。溢流堰可以采用板条门的方式，也可以采用电机带动的叠加金属板。板条门可以木质或塑料的长条板，长条板两个长边分别设置可以相互插接的凹槽和突起，长条板一个个的迭起，形成叠梁门，使水流从叠梁门的顶部溢流，控制供水前池中水位的高度。

为实现水流分层流动，首先要使水流产生由水面向下的分层流动，本实施例采取了竖直设置的喷水管。竖直的喷管有各种形式，可以简单的在竖直管的外圆壁上打孔形成透水孔，并使水流从竖直管的上端进入，而竖直管的下端封闭，水流可以透水孔流出，形成分层出流流态。为应对较为复杂的分层水流变化情况，喷水管还可以设计为较复杂的喷口，例如在进水管上连接不同直径的水管，将各个水管的出口延伸至供水前池的不同深度上，以形成不同深度的不同流量喷口。

为使水流向下游分层流动，并且尽量避免返流，本实施例采取了在喷水管的两侧设置导流板的水流驱动器。水流驱动器主要由两块矩形薄板构成，便于水流通过。两块导流板的一个边紧密的连接在一起，或者与竖直的喷水管的外圆面紧密连接在一起。两块导流板的两个与紧密连接边所对应的边分开，两块导流板竖直的立在供水前池中。从水平面上看，水流驱动器的两个导流板形成一个等腰三角形的两个等腰边，喷水管在等腰三角形的顶点上。等腰三角形的底边上设置进水格栅，是水流的主要流出方向，为水流驱动器的下游。导流板可以金属、塑料或其他材料的薄板，。由于水源（喷水管）在水流驱动器之内导流，水流驱动器内的水压略微大于水流驱动器之外，因此，水只能通过进水格栅进入分层隔板箱，分层隔板箱中通常在隔板之间设置电加热棒，使水温升高，被加热的水流在导流板推动作用下一般不产生回流。

水流驱动器不是由水面达到供水前池的池底，而是与池底保持一定距离。因此，溢流堰溢出的水均来自于导流板下方冷水，不会引起分层隔板箱中的热水回流被排出。

进水格栅是由多条竖直长条板组成，用于平稳水深方向的水流，与下游的分层隔板箱共同作用，平稳水流。进水格栅如图4所示，图中的箭头表示水流的方向。

所述的分层隔板箱的宽度与水流驱动器的等腰三角形的底边等宽，也就是分层隔板箱只与水流驱动器相通。分层隔板箱中设置的水平隔板左右两侧（按水流方向而确定的左右）与箱侧板密封连接，使水流在隔板之间不能交流，形成物理隔绝，使水流真正成为分层流动的水流。在实际实验过程中，还要在隔板之间设置电加热棒，对水流进行分层加热。

实施例二：

本实施例是实施例一的改进，是实施例一关于喷水管的细化。本实施例所述的喷水管为竖直的圆筒形，圆筒形的一侧端面与连接抽水泵的供水管连接，圆筒形的另一端面封闭，圆筒形的外圆面朝向下游一侧均匀设置多个透水孔。

喷水管的直径可以与连接水泵的供水管相同，也可以大于或小于供水管。

喷水管上的透水孔可以根据不同的实验要求，设置为一排透水孔，如图5所示，也可以设置为三排透水孔，如果图6所示。

实施例三：

本实施例是实施例二的改进，是实施例二关于水流驱动器的细化。本实施例所述的水流驱动器的下端与供水前池的池底距离保持至少1-2个两块相邻水平隔板之间的距离。

实施例四：

本实施例是实施例一的改进，是实施例一关于溢流堰的细化。本实施例所述的溢流堰包括：安装在溢流堰侧壁上的固定门槽，所述的固定门槽上插入多条门条板，所述的门条板沿上端的长边设有突起，沿下端长边设有凹槽。

本实施例所述的溢流堰是叠梁门形式，如图7所示。

为具有较好的封水性能，门条板上的凹槽和突起可以在中间，如图8所示，也可以在一侧，如图9所示。

模拟实验实例：

某大型水电站分层取水模型实验，采用比尺1：150正态模型，供水前池长L=3m， 宽b=4.5m（按水流方向规定供水前池的长、宽）。供水管直径Φ为20cm，进水管末端封闭，末端距供水前池30cm。进水管靠近末端附近平行设有3个直径为10cm的透水孔。导流板为长3.2m、厚1cm的铸铁板，两片导流板与进水管焊接，导流板底部与供水管末端齐平，距模型底距离h=30cm，导流板上端与加热箱顶齐平，在水平面上导流板与主要水流方向夹角α为15度，如图1、3所示。

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（比如水流分层器的形式、进水前池的样式、各个要素的连接关系等）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 (4)

1.一种模拟水温分层流动的供水装置，包括：通过抽水泵和供水管从循环水库中取水流的供水前池，所述的供水前池的左右池壁上分别设有溢流堰，所述的供水前池中设置有水流驱动器，所述的水流驱动器与分层隔板箱连接；其特征在于，所述的水流驱动器，包括：水平平面内以等腰三角形两个等腰边分布的两块导流板；竖直设置在所述等腰三角形的顶角位置的喷水管，所述的喷水管通过供水管与抽水泵连接，所述的喷水管上设置多个透水孔；设置在所述等腰三角形底边上的进水格栅，所述的进水格栅由水面竖直向下并排设置的多条板面与水流方向垂直的长条板构成，所述的分层隔板箱内设有在竖直方向上均匀分布的水平隔板。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的喷水管为竖直的圆筒形，圆筒形的一侧端面与连接抽水泵的供水管连接，圆筒形的另一端面封闭，圆筒形的外圆面朝向下游一侧均匀设置多个透水孔。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述的水流驱动器的两块导流板的下端与供水前池的池底距离保持至少1-2个两块相邻水平隔板之间的距离。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述溢流堰包括：安装在溢流堰侧壁上的固定门槽，所述的固定门槽上插入多条门条板，所述的门条板沿上端的长边设有突起，沿下端长边设有凹槽。