CN103924549A - 一种模拟水温分层流动的实验系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种模拟水温分层流动的实验系统和方法，所述方法的步骤包括：形成初始稳定流场；形成初始稳定水温分层温度场；监测初始泄水温度场；进行实验的步骤。本发明所述的方法在实验中利用进水溢流堰的高度和泄水阀调节和控制实验水池中的水位和流场，通过开启和关闭电加热棒的数量调节和控制实验水池中水体的三维温度场。与现有技术相比，本发明所述的系统和方法可以实时的调节温度场和流场，可以进行动态的模拟实验，克服了现有技术无法长时间模拟动态流场中的稳定分层温度场，能够直接进行稳态条件下水温分层流动的模拟实验。

Description

一种模拟水温分层流动的实验系统和方法

技术领域

本发明涉及一种模拟水温分层流动的实验系统和方法，是一种环保生态水工实验系统和方法，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和方法。

背景技术

工程实践表明，调节性好的水库在坝前水深方向均呈现不同程度的水温分层，同时水库为保证发电及工农业引水需要，进水口均要求有一定淹没深度，在夏季水库高水位运行且水温分层明显的情况下，下泄水温较建坝前的天然河道水温明显降低，从而带来一系列低温水影响，如对河谷小气候的影响，对下游河道水生生态的影响，对农业灌溉的影响等。特别是对水生生态的影响，下泄低温水可能严重影响水生生物如鱼类、爬行类、两栖类动物的产卵与生长，甚至导致物种的消失。因此，研究水库水温分层变化与下泄水温，以及两者之间相互关系是分层取水和保护生态环境的重要研究课题。

采用水温分层物理模型实验方法，是研究分层取水问题的广泛应用和十分有效的技术手段。现有的水温分层流动模拟方法是在实验水池内缓缓地分层注入不同温度的水，由于密度的不同，冷水下潜热水上浮，最终形成水温分层条件，然后开启取水装置，形成水温分层流动。例如：中国专利《水库水温分层模拟方法》（公告号：CN101775787，公告日2010.7.14），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。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。

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实验系统和方法。所述的系统通过分层加热和分层供水，能够更加准确的实现水库分层取水模拟，能够长时间的模拟动态流场中的水温分布的变化过程，精确的获取下泄水温的动态变化实验数据，更好地指导工程实践。

本发明的目的是这样实现的：一种模拟水温分层流动的实验系统，包括：循环水库，所述的循环水库设有至少一个带有供水管和进水阀的抽水泵，所述的供水管依次与供水区、加热区、测试区、泄水区连接，所述的泄水区与循环水库连接；所述的供水区设置带有控制水位的供水溢流堰的供水前池；所述的供水前池中设有至少一个带有喷水管、导流板和进水格栅的水流驱动器；所述的加热区设有至少一个带有分层隔板和分布在分层隔板之间的多个加热棒的电加热箱，所述的加热棒与加热箱控制柜电联接；所述的测试区内设置实验水池，所述的实验水池中均布多个水温传感器；所述的泄水区设有叠梁门溢流堰和泄水池，所述的泄水池连接多根带有泄水阀的泄水管，各个泄水管分别设置电磁流量计和水温传感器，所述的水温传感器和电磁流量计与水温数据采集与处理器电连接。

进一步的，所述的电加热箱出口处设置八字形的扩口导流板。

进一步的所述的进水前池中设置三个水流分层器，所述的三个水流分层器分别与各自的电加热箱连接，三个电加热箱分别设置各自的扩口导流板。

进一步的，所述的测试区中的水温传感器为杆式多点水温传感器，所述的泄水管中的水温传感器为单点式水温传感器。

一种使用上述系统的模拟水温分层流动的实验方法，所述方法的步骤如下：

形成初始稳定流场的步骤：用于通过调整进水阀的流量，调整供水溢流堰的高度控制供水前池内的水位，利用喷水管形成由水面到水底的流速均匀的流场，利用导流板防止水流从实验水池反流回供水前池，利用进水格栅和分层隔板使水流稳定的分层流动，通过调整叠梁门溢流堰的高度控制取水高程，根据电磁流量计测出的流量数据调整泄水阀控制泄水池中出水流量，形成初始稳定流场，从供水溢流堰和泄水管流出的水流进入循环水库中冷却后，由抽水泵抽取进入喷水管，再循环使用；

形成初始稳定水温分层温度场的步骤：用于通过加热箱控制柜开启分层隔板之间的加热棒，加热水体，通过测试区中的水温传感器采集测试区中水体的三维温度场，根据三维温度场数据通过加热箱控制柜调整加热棒开启或关闭，使三维温度场达到实验初始的要求；

监测初始泄水温度场的步骤：用于通过安装在泄水管中的水温传感器，监测泄水温度场；

进行实验的步骤：用于通过调整进水阀、供水溢流堰的高度、叠梁门溢流堰的高度、泄水阀，改变供水前池、实验水池和泄水池的水位和泄水流量，并进行记录，形成不同水位和流场的实验条件，同时通过加热箱控制柜改变各分层隔板间的加热棒的开启或关闭状态，形成不同的测试区内水体的三维温度场和泄水温度，对各种流场和温度场进行记录和分析。

本发明产生的有益效果是：本发明所述的系统采用的水流驱动器，在进水阶段将上部水流平稳地推进至加热箱，下部水流通过冷水通道进入实验水池，通过电加热箱中的分层隔板将水流分为较为明确的层次，在电加热箱中通过分层隔板之间的电加热棒，将各层水流分别加热，形成不同温度的出流，模拟真实水库泄水时流动的温度场。本发明所述的方法在实验中利用进水溢流堰的高度和进水阀调节和控制实验水池中的水位和流场，通过开启和关闭电加热棒的数量调节和控制实验水池中水体的三维温度场。与现有技术相比，本发明所述的系统和方法可以同步获得稳定的分层温度场与流速场，克服了现有技术无法长时间模拟动态流场中的稳定分层温度场，能够直接进行稳态条件下水温分层流动的模拟实验。

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系统的结构示意图；

图2是本发明的实施例一所述系统的结构示意图，是图1中A-A向剖视图；

图3是本发明的实施例三所述并排设置的三个水流分层器和三个电加热箱的结构示意图。

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实验系统，如图1、2所示。本实施例包括：循环水库1，所述的循环水库设有至少一个带有供水管和进水阀15的抽水泵2，所述的供水管依次与供水区Ⅰ、加热区Ⅱ、测试区Ⅲ、泄水区Ⅳ（图1中各虚线框）连接，所述的泄水区与循环水库连接；所述的供水区设置带有控制水位的供水溢流堰1401的供水前池14；所述的供水前池中设有至少一个带有喷水管1301、导流板1302和进水格栅1303的水流驱动器13；所述的加热区设有至少一个带有分层隔板302和分布在分层隔板之间的多个加热棒301的电加热箱3，所述的加热棒与加热箱控制柜12电联接；所述的测试区内设置实验水池4，所述的实验水池中均布多个水温传感器5；所述的泄水区设有叠梁门溢流堰6和泄水池7，所述的泄水池连接多根带有泄水阀1001的泄水管10，各个泄水管分别设置电磁流量计9和水温传感器8，所述的水温传感器和电磁流量计与水温数据采集与处理器11电连接。

本实施例所设置的各个区域的目的是通过供水区和加热区，可以使得测试区内水流由水温均质流动逐渐转变为水温分层流动状态，水温较高的水体由于密度较小而逐渐上浮，水温较低的水体由于密度较大而逐渐下降。模拟过程中，还可以根据实验需要，对水温垂线分布进行动态调整，以形成相对稳定的水温-流场分布状态。

为进行水温-流场分布的实验，本实施例所述的系统总体大致可分为水位-流场控制系统和加热-水温监测系统两部分。

供水池的水位则是由供水阀和供水前池的供水溢流堰控制，而泄水池中的水位则是由泄水阀控制。供水溢流堰和泄水阀可以调整，将实验水池水位控制在一定高度上。供水溢流堰可以简单的使用迭起的木质或塑料挡板，每增加一块挡板，水位的高度就增加一些。也可以使用电机控制的交叠伸缩金属档，自动的控制水位的高度。

叠梁门溢流堰则可以使用隔墩配合木质或塑料挡板的形式，或者是隔墩配以交叠伸缩金属档板等方案。由于，实验水池末端较宽，叠梁门溢流堰使用隔墩分段固定挡板。在实验水池宽度方向上设置几个隔墩（见图1），隔墩上有门槽，当需要增大取水高度时，可在门槽内加入门板（一定高度的挡板），多块门板叠加，增加溢流堰的高度，反之则取出门板，降低溢流堰的高度。

而供水区流场则是由喷水管、导流板、进水格栅所构成的水流驱动器的作用而形成的。

本实施例所述的喷水管可以设计为竖直的立在水中，供水管的底端封闭，在竖管的外圆上打上多个出水孔，使出水管中的水流从上到下进入供水前池中，出水孔均匀出流。

为保证上部水流从供水前池流向加热区，而不会回流，本实施例采用了导流板。导流板将喷水管围在供水前池的一个区域内，由于喷水管在围护区内，围护区内的水压高于非围护区，所以水流只能从围护区流向非围护区，这就形成了单向流动，只要将围护区开一个口，与加热箱连接，围护区就可以利用水压，形成单向流动，使加热的水流不会回流，进入实验水池。

当模拟水体中水温分层变化的厚度较小，进水区内仅需要驱动上部水体进入加热区时，导流板下部会留有一定高度的通道，可用于连通导板两侧水体，保证供水溢流堰能够控制围护区及下游试验水池水位。当模拟水体中水温分层厚度较大时，需要整体驱动水体进入加热区，则导流板下部位置已接近前池底部，此时可在导流板上均匀布设一些过水孔，使得导流板两侧水体仍然相互连通，保证供水溢流堰对实验水位的控制，试验过程中水位能够保持稳定。

为使水流流出供水前池时，水流更加平稳，可以在进水前池的出口处设立导流装置，例如格栅、孔板或导流管束等。本实施例采用的是格栅，所述的格栅由多条竖直在水中的条形板组成，条形板的板面与水流方向垂直，使水流在水深方向上流动平稳。

水温的加热主要由加热箱完成。分层取水的加热箱通过进水格栅与进水前池相连，保证加热箱内入流均匀。加热箱内安装有电加热棒，并通过一个开关柜控制各层加热棒的启动和关闭，用于改变加热功率。加热箱底部距离池底有一定高度，保证上部加热后的温水以一定行进流速向下游推进，使得实验水池内水温分布逐渐发生变化。加热箱下游通过扩散段与实验水池相连接。

为模拟水库中的水温是由水面到水底逐渐降低的特点，本实施例所述的加热箱中的加热棒分布为上层分层隔板之间加热棒较多，随着分层的降低，加热棒的数量逐渐递减。为使水体在横向上（与水流方向垂直）加热均匀，加热棒的长轴与水流方向垂直，即横在水流方向上，使通过的水流就能够充分的与加热棒的有效加热区域接触，形成良好的换热效果。

电加热箱与实验水池连接的部位应当设立扩散区，经过加热后的水体可以均匀的进入测试区。扩散区可以使用两块设置在电加热箱出口处导流板。两块导流板呈八字形设置，使水流流出电加热箱是不会急剧扩散，而是在导流板的作用下逐步扩散，避免了电加热箱出口可能产生的回流，破坏水体的分层水温扩散过程。

电加热箱和水流驱动器可以模块化设计。在一些较为大型水库的分层模拟中，可以使用多个电加热箱和水流驱动器，用以模拟宽广的水库水体。两个，三个，甚至更多个水流驱动器和电加热箱连接在一起，并排设置，产生较为宽阔的分层水流流场。

水温监测主要有：设置在实验水池中的水温传感器、设置在泄水管中的水温传感器和水温数据采集与处理器等组成。实验水池内相对较长，使得上游温水在平面上充分扩散。设置在实验水池中的水温传感器可以使用水温垂线分布传感器，这种水温传感器可以监测由水面到水下垂向深度的水温变化，在实验水池中纵横排列水温垂线分布传感器，可以得到整个水池三维水温分布。由于有多根泄水管，每个泄水管中都要安装单点温度传感器，以此监测泄水温度，相当于模拟监测水库泄水时下游河道中的水温变化。

实验水池的末端为叠梁门溢流堰，通过改变溢流堰的高度可以取到不同水温层的水，泄水管上还安装有电磁流量计与泄水阀，以控制泄水流量。泄水管应当保持水平，便于安装电磁流量计。泄水管出口连接汇水槽，泄水槽中的水流进入地下循环水库。

循环水库主要由汇水口、地下水库、抽水泵、供水管等组成。在供水前池两侧的供水溢流堰与泄水管出口附近均设有汇水口，用来收集来自实验系统的弃水，从供水溢流堰流出的水流进通过汇水口进入地下水库中，同样从泄水管流出的水流也通过汇水口进入地下水库中。地下水库可以是一个在地面以下的长条形水槽，水槽的长度与上面的供水区、加热区、测试区、泄水区的长度相仿。循环水库的体积较大，便于水体冷却。地下水库靠近供水前池的位置，安装有抽水泵，为实验系统供水。泄水管在地下水库的一端，而抽水泵在地下水库的另一端，泄水管流出的温度较高的水体掺混地下水库中的水体后，水温迅速下降，由于抽水泵远离泄水管，其周围的水体水温可以达到较低的要求。

实施例二：

本实施例是实施例一的改进，是实施例一关于测试区的细化。本实施例所述的电加热箱出口处设置八字形的扩口导流板。

扩口导流板所形成的扩散区使水流在流出电加热箱时形成均匀的扩散状，形成宽阔的水流流场。当有多个电加热箱时，扩口导流板则可以使并排设置的电加热箱之间不产生回流涡旋，顺畅的形成平稳的分层流场。导流板扩散区的长度一般不小于实验池宽度的两倍。

模拟实验实例：

为模拟某水温分层型水库中，进水口取水条件下，库区水温分布的变化以及取水水温。首先根据水温分层情况，将水温温差分布曲线，水深概化为8层，通过计算稳定最大引水流量条件下上述各层的热通量，得出相应的加热功率。由此可以制作分层电加热箱，其中从上到下共有8层加热棒，1~8层加热棒的安装功率见表1。

表1 各层电加热棒最大功率

加热层编号	1	2	3	4	5	6	7	8
									电功率（kw）	11.5	11.5	11.5	9.5	9.5	7.5	5.5	3.5

然后按照该水库的水深与取水口宽度，确定实验水池与供水前池的深度与宽度，如水库水深为120m，按照1:100比例缩小，则实验水池池深应不小于1.2m；水库进水口对库区水温-流场的影响范围大约在600m，按照1:100比例缩小，实验水池的长度应当不小于6m。具体实验时的实验水池长8m，池宽2.5m、池深1.5m，供水前池的池长为1.8m，池宽为2.5m，池深1.5m，溢流堰最大工作水位1.2m。

电加热箱的长度依据顶层加热棒安装最大数量确定，如单个U型加热棒宽度为10cm，间距也取10cm，顶层需要安装7个，则电加热箱的长度应不小于（10+10）×7=140cm。

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和电加热箱的细化，如图3所示。本实施例所述的进水前池中设置三个水流分层器，所述的三个水流分层器分别与各自的电加热箱连接，三个电加热箱分别设置各自的扩口导流板。

三个水流分层器在一个供水前池中，有三个喷水管供水。三个喷水管可以使用一个抽水泵供水，也可以分别使用三个抽水泵。三个电加热箱的出口出设置的扩口导流板的末端顺序连接，使三股从电加热箱中流出的水流平顺的汇集在一起，维持分层的流态。

模拟实验实例：

某大型水电站分层取水实验采用比尺1：120正态模型，供水前池宽B=10m，池长L=3m（根据水流方向而确定的宽和长）。如图3所示，由于模拟库区较宽，采用单个加热区很难实现整个库区的水温稳定分布，因此采用三个水流分层器和三套电加热箱,实验水池和泄水池的形式与单个水流分层器、单个电加热箱的实验系统相同。在实验过程中根据水温分布情况完成动态调整，并在加热3.5小时后最终形成预期目标分布。

实施例四：

本实施例是上述实施例的改进，是上述实施例关于水温传感器的细化。本实施例所述的测试区中的水温传感器为杆式多点水温传感器，所述的泄水管中的水温传感器为单点式水温传感器。

杆式多点水温传感器可以同时测量不同水深的水温。在实验水池中，按照水平平面的纵横排列设置多个杆式多点水温传感器，可以监测实验水池不同点的水温垂线分布情况，形成实验水池的三维水温温度场。水平平面上纵横排列中，横排列（与水流方向垂直）的杆式多点水温传感器是均匀的，但纵排列（与水流方向一致）则是按照水流方向，上游较为稀疏，下游略微密集。

实施例五：

本实施例是一种使用实施例一所述系统的模拟水温分层流动的实验方法。所述方法主要包括如何形成初始流场和温度场，以及如何调整温度场和流场。

本实施例所述方法的具体步骤如下：

形成初始稳定流场的步骤：用于通过调整进水阀的流量，调整供水溢流堰的高度控制供水前池内的水位，利用喷水管形成由水面到水底的流速均匀的流场，利用导流板防止水流从实验水池反流回供水前池，利用进水格栅和分层隔板使水流稳定的分层流动，通过调整叠梁门溢流堰的高度控制取水高程，根据电磁流量计测出的流量数据调整泄水阀控制泄水池中出水流量，形成初始稳定流场，从供水溢流堰和泄水管流出的水流进入循环水库中冷却后，由抽水泵抽取进入喷水管，再循环使用。

当实验开始时，形成稳定的流场是进行水温分层实验的前提。本实施例利用实施例一所述的系统进行实验，首先，通过抽水泵、进水阀、喷水管将循环水库中的水抽入供水前池，供水前池内有供水溢流堰，通过调整供水溢流堰的高度可以调节供水前池内的水位。供水溢流堰使用叠加的挡板调整高度，可简单的增加或减少叠加挡板的数量即可。通过喷水管喷出的水流应当由上到下均匀的出水。喷水管两侧有导流板，将喷水管围护在其中，可以使供水前池内的水流保持水平流动方向，推动水流进入下游加热区，防止热水倒流。供水前池的底部为冷水区，不设导流板，行进流速相对较小，以便保持相对稳定的基底水温。因此，测试区、实验水池的水位由供水区供水阀、供水溢流堰与下游泄水阀共同控制。实验中，先根据泄水流量q，从上游供水管开始供水Q，Q略大于q，然后调整溢流堰的高度，将多余的水体泄掉，以控制实验过程中水位保持不变。

水流在流出供水前池时，通过进水格栅，使水流形成从水面到水底的稳定流动结构，再进入分层隔板。分层隔板是水流形成分层的重要元素。由于喷水管的作用，在进水格栅和分层隔板中，水流具有一定向前运动的动能，因此，水流在进水格栅和分层隔板的共同作用下形成平稳的分层水流，进入实验水池。实验水池中的水流还保持着一定的动能，因此能够基本维持分层的水流状态。实验水池中的水位则是由供水阀、供水溢流堰和泄水阀共同控制形成。叠梁门溢流堰则使用隔墩之间的空档模拟水库水坝的溢流孔，其拦水高度由实验所要求的水位高度而确定。如果叠梁门溢流堰的高度由叠加的挡板高度确定，则可使用一定数量的挡板，形成一定的取水高度，如果需要降低取水高度，则减少挡板的数量即可。

形成初始稳定水温分层温度场的步骤：用于通过加热箱控制柜开启分层隔板之间的加热棒，加热水体，通过测试区中的水温传感器采集测试区中水体的三维温度场，根据三维温度场数据通过加热箱控制柜调整加热棒开启或关闭，使三维温度场达到实验初始的要求。

在形成初始稳定流场的前提下，进行必要的水体加热，是形成实验所需要的稳定温度场所必须的步骤。在通常的实验条件下，由于实验的空间有限，不可能形成如同真实水库那样的巨大水体，而采用相对较小的水体，其水体各部分的水温垂线分布基本上是一致的，为此，必须进行分层加热。加热的过程可以先酌情开启一定数量的加热棒，然后通过观察实验水池中的水温传感器所得到的水温参数，调节水流各层的流速、流量和开启或关闭加热棒，形成初始的水温温度场。

监测初始泄水温度场的步骤：用于通过安装在泄水管中的水温传感器，监测泄水温度场。为监测和模拟水库水坝下游的水温，泄水管中设有单点水温传感器，由于有多个泄水管，各个泄水管中都安装有单点水温传感器。

应当说明的是本实施例所述的水库是被模拟实验的真实水库，与本实施例中的“循环水库”是不同的概念。

进行实验的步骤：用于通过调整进水阀、供水溢流堰的高度、叠梁门溢流堰的高度、泄水阀，改变供水前池、实验水池和泄水池的水位和泄水流量，并进行记录，形成不同水位和流场的实验条件，同时通过加热箱控制柜改变各分层隔板间的加热棒的开启或关闭状态，形成不同的测试区内水体的三维温度场和泄水温度，对各种流场和温度场进行记录和分析。

水温分层实验是由各种条件构成，因此，需要不同的流场和加热条件。本实施例通过改变供水前池的水位和叠梁门溢流堰的高度，以及喷水管和泄水管的流量，可以实现各种稳定的分层流场，同时，通过不同数量加热棒的开启，可以十分有效的控制实验水池中水体的温度变化，在实时流动的状态下，可以十分逼真的模拟真实水库中的分层水温，实现各种分层条件下的取水模拟实验。 

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（比如系统的连接方式、各个连接关系、步骤的先后顺序等）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 (5)

1.一种模拟水温分层流动的实验系统，包括：循环水库，所述的循环水库设有至少一个带有供水管和进水阀的抽水泵，其特征在于，所述的供水管依次与供水区、加热区、测试区、泄水区连接，所述的泄水区与循环水库连接；所述的供水区设置带有控制水位的供水溢流堰的供水前池；所述的供水前池中设有至少一个带有喷水管、导流板和进水格栅的水流驱动器；所述的加热区设有至少一个带有分层隔板和分布在分层隔板之间的多个加热棒的电加热箱，所述的加热棒与加热箱控制柜电联接；所述的测试区内设置实验水池，所述的实验水池中均布多个水温传感器；所述的泄水区设有叠梁门溢流堰和泄水池，所述的泄水池连接多根带有泄水阀的泄水管，各个泄水管分别设置电磁流量计和水温传感器，所述的水温传感器和电磁流量计与水温数据采集与处理器电连接。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的电加热箱出口处设置八字形的扩口导流板。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述的进水前池中设置三个水流分层器，所述的三个水流分层器分别与各自的电加热箱连接，三个电加热箱分别设置各自的扩口导流板。

4.根据权利要求1-2之一所述的系统，其特征在于，所述的测试区中的水温传感器为杆式多点水温传感器，所述的泄水管中的水温传感器为单点式水温传感器。

5.一种使用权利要求1所述系统的模拟水温分层流动的实验方法，其特征在于所述方法的步骤如下：

形成初始稳定流场的步骤：用于通过调整进水阀的流量，调整供水溢流堰的高度控制供水前池内的水位，利用喷水管形成由水面到水底的流速均匀的流场，利用导流板防止水流从实验水池反流回供水前池，利用进水格栅和分层隔板使水流稳定的分层流动，通过调整叠梁门溢流堰的高度控制取水高程，根据电磁流量计测出的流量数据调整泄水阀控制泄水池中出水流量，形成初始稳定流场，从供水溢流堰和泄水管流出的水流进入循环水库中冷却后，由抽水泵抽取进入喷水管，再循环使用；

形成初始稳定水温分层温度场的步骤：用于通过加热箱控制柜开启分层隔板之间的加热棒，加热水体，通过测试区中的水温传感器采集测试区中水体的三维温度场，根据三维温度场数据通过加热箱控制柜调整加热棒开启或关闭，使三维温度场达到实验初始的要求；

监测初始泄水温度场的步骤：用于通过安装在泄水管中的水温传感器，监测泄水温度场；

进行实验的步骤：用于通过调整进水阀、供水溢流堰的高度、叠梁门溢流堰的高度、泄水阀，改变供水前池、实验水池和泄水池的水位和泄水流量，并进行记录，形成不同水位和流场的实验条件，同时通过加热箱控制柜改变各分层隔板间的加热棒的开启或关闭状态，形成不同的测试区内水体的三维温度场和泄水温度，对各种流场和温度场进行记录和分析。