CN104913903A - 水动力实验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明是关于一种水动力实验装置，涉及水环境模拟技术领域，主要目的在于提高水动力扰动装置的模拟能力。水动力实验装置包括：水槽、水动力系统以及流量调节器。水槽内设置有至少一条水流通道。水动力系统分别连接水槽的进水端、水槽的出水端，用于驱动水槽内水流的流动。其中，水槽的进水端包括位于同一条水流通道侧壁上至少两个高度位置处的进水口。流量调节器设置在每个进水口与水动力系统之间，用于调节每个进水口的进水量。通过调节流量调节装置，来控制处于不同高度位置处进水口的进水量，从而调节位于水槽内的流速梯度，即处于不同高度位置处的水流速度，能够提高水动力扰动装置与实际水流流动情况的模拟能力，以获得更加准确的实验数据。
Description
技术领域
本发明涉及水环境模拟技术领域，特别是涉及一种水动力实验装置。
背景技术
河流、湖泊、水库及浅海沉积物承载着流域来源的大量污染物质，这些污染物质往往富集于表层沉积物中。
研究表层沉积物的物理、化学及生物特性是水环境监测的主要内容之一。为了便于科学研究，常用的科学方式是在人工设置的模拟真实水环境中获取实验数据的。人工模拟水动力条件是通过水动力扰动装置实现的。其中，水动力扰动装置上设置有一个入水口，一个出水口，入水口与出水口通过循环管道进行连通，在水动力扰动装置内的水便可循环起来，以实现模拟真实水环境。
在实现本发明过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：
水动力条件的改变会直接影响表层沉积物中內源污染物的随颗粒物的再悬浮或沉降，导致表层沉积物中污染物向水体的扩散，使颗粒物对水中污染物的吸附或释放，对沉积物-水界面上污染物转化有很大影响。只设置有一个入水口的水动力扰动装置在不同高度位置处的水流速度无法单独调节，水动力扰动装置内不同高度平行流动速率与实际水流流动情况通常不符，水流的流速梯度对黏性细颗粒泥沙絮凝产生影响，进而影响颗粒物中污染物的迁移，使得经过水动力扰动装置获得的实验数据精准度较低。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种水动力实验装置，主要目的在于提高水动力扰动装置与实际水流流动情况的模拟能力。
为达到上述目的，本发明主要提供如下技术方案：
本发明的实施例提供一种水动力实验装置，包括：
水槽，所述水槽内设置有至少一条水流通道；
水动力系统，其分别连接所述水槽侧壁上的进水端、所述水槽的出水端，用于驱动所述水槽内水流的流动；其中，
所述水槽的进水端包括位于同一条水流通道一端侧壁上至少两个高度位置处的进水口；
流量调节器，设置在每个进水口与所述水动力系统之间，用于调节每个进水口的进水量。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
可选的，前述的水动力实验装置，其中所述流量调节器为位于每个进水口处的阀门以及流量计；
所述流量计的入口与所述阀门的出口连接。
可选的，前述的水动力实验装置，其中所述水动力系统包括泵体以及调节所述泵体输出功率的操作部。
可选的，前述的水动力实验装置，其中所述水槽进水端的进水口为M个；
所述水槽出水端的出水口为M个，M为大于等于2的正整数；其中，
所述水槽进水端与所述水槽出水端位于所述水槽相对的两端；
第i个进水口与第i个出水口处于同一高度位置上，i为大于等于1小于等于M的正整数。
可选的，前述的水动力实验装置，其中
所述水槽内设置有N条水流通道，N为大于等于2的正整数；
所述水动力系统包括N个泵体；其中，
第j个泵体分别连接第j条水流通道的进水端与出水端，构成循环通路，j为大于等于1小于等于N的正整数。
可选的，前述的水动力实验装置，其中距离所述水槽底部最近的进水口至所述水槽底部的距离大于等于5cm。
可选的，前述的水动力实验装置，其中所述水流通道为三条以上；
每条水流通道由位于所述水槽容纳空间内的相互平行设置的竖板隔离而成。
可选的，前述的水动力实验装置，其中所述水槽的外围安装有温控系统，所述温控系统用于对所述水槽内的水流进行温度控制。
可选的，前述的水动力实验装置，其中所述温控系统包括水温调节装置、调温水池、进水管路、出水管路；
所述进水管路分别连接所述水温调节装置的出口与所述调温水池的入口；
所述出水管路分别连接所述水温调节装置的入口与所述调温水池的出口；
所述水槽位于所述调温水池内；
所述水槽的侧壁与所述调温水池的侧壁之间、所述水槽的底部与所述调温水池的底部之间流动有调温液；
所述水温调节装置用于对所述调温液的温度进行调节；
所述调温液在所述进水管路、所述调温水池、所述出水管路内循环，对所述水槽内的水调温；
其中，
所述调温水池的入口位于所述水槽的出水端一侧，所述调温水池的出口位于所述水槽的进水端一侧。
可选的，前述的水动力实验装置，其中所述水槽以及所述调温水池由亚克力有机玻璃制成。
可选的，前述的水动力实验装置，其中所述水槽上部开口；
所述水槽开口上方安装有光照系统；
所述光照系统包括照明灯具以及调节所述照明灯具亮度的调控部。
可选的，前述的水动力实验装置，其中所述水流通道的长、宽比大于等于10；
所述光照系统亮度范围为2000-12000勒克斯(Lx)。
借由上述技术方案，本发明技术方案提供的水动力实验装置至少具有下列优点：
本发明技术方案提供的水动力实验装置相对于现有技术，在水槽的进水端包括位于同一条水流通道侧壁上至少两个高度位置处的进水口，在水槽每个进水口与水动力系统之间安装有流量调节装置，用户可以通过调节流量调节装置，来控制处于不同高度位置处进水口的进水量，从而可以调节位于水槽内的流速梯度，即处于不同高度位置处的水流速度，能够提高水动力扰动装置与实际水流流动情况的模拟能力，以获得更加准确的实验数据。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1是本发明的实施例提供的一种水动力实验装置的部分结构示意图；
图2是本发明的实施例提供的一种水动力实验装置的结构示意图。
具体实施方式
本发明为解决现有技术中水动力扰动装置内不同高度平行流动速率与实际水流流动情况通常不符，使得经过水动力扰动装置获得的实验数据精准度较低的问题，提供了一种新型结构的水动力实验装置，以提高水动力扰动装置与实际水流流动情况的模拟能力。
本发明实施例的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
本发明提供的一种水动力实验装置，包括：
水槽，所述水槽内设置有至少一条水流通道；
水动力系统，其分别连接所述水槽侧壁上的进水端、所述水槽的出水端，用于驱动所述水槽内水流的流动；其中，
所述水槽的进水端包括位于同一条水流通道一端侧壁上至少两个高度位置处的进水口；
流量调节器，设置在每个进水口与所述水动力系统之间，用于调节每个进水口的进水量。
本发明技术方案提供的水动力实验装置相对于现有技术，在水槽的进水端包括位于同一条水流通道侧壁上至少两个高度位置处的进水口，在水槽每个进水口与水动力系统之间安装有流量调节装置，用户可以通过调节流量调节装置，来控制处于不同高度位置处进水口的进水量，从而可以调节位于水槽内的流速梯度，即处于不同高度位置处的水流速度，能够提高水动力扰动装置与实际水流流动情况的模拟能力，以获得更加准确的实验数据。
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的水动力实验装置其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。
如图1和图2所示，本发明的一个实施例提出的一种水动力实验装置，其包括：水槽1、水动力系统2以及流量调节器3。所述水槽1内设置有至少一条水流通道。所述水动力系统2分别连接所述水槽1侧壁上的进水端11、所述水槽的出水端12，用于驱动所述水槽1内水流的流动。其中，所述水槽1的进水端12包括位于同一条水流通道一端侧壁上至少两个高度位置处的进水口。所述流量调节器3设置在每个进水口与所述水动力系统2之间，用于调节每个进水口的进水量。
具体使用过程为：
水动力实验装置运行前，在水流通道底部铺沉积物至距离水槽底部最近的进水口边缘。然后启动水动力系统，在水动力系统的驱动下，水流会在水动力系统、水槽进水端、水槽出水端、水动力系统内循环流动，操作人员可通过调节每个进水口处的流量调节器，控制每个进水口处的水流速度，从而改变水槽内所需的水流情况。
本发明一实施例提供的水动力实验装置相对于现有技术中，在水槽的进水端包括位于同一条水流通道侧壁上至少两个高度位置处的进水口，在水槽每个进水口与水动力系统之间安装有流量调节装置，用户可以通过调节流量调节装置，来控制处于不同高度位置处进水口的进水量，从而可以调节位于水槽内的流速梯度，即处于不同高度位置处的水流速度，能够提高水动力扰动装置与实际水流流动情况的模拟能力，以获得更加准确的实验数据。
具体的，如图2所示，上述实施例中所述的的水动力实验装置，其中所述流量调节器3为位于每个进水口处的阀门31以及流量计32。所述流量计的入口与所述阀门的出口连接。通过调节阀门，来控制增加或降低位于进水口内的水流的流速，流量计可显示当时进水口内的水流流速。在具体的连接时，可将流量计安装在阀门后部，水流依次通过阀门、流量计然后流入水槽内。当然，流量调节器不仅仅局限于阀门，也可以采用泄流管道、加压管道等结构方式实现。所述流量计可采用转子流量计。
上述实施例中所述的水动力实验装置，其中所述水动力系统包括泵体以及调节所述泵体输出功率的操作部。操作部可采用旋钮、触控屏等结构实现。在调节所述操作部过程中，可改变泵体单位时间输出的水流流量，从而改变水槽内整体的水流流速。所述泵体可采用大流量蠕动泵。
进一步的，为了提高水动力实验装置水槽内流速梯度的控制效果，如图2所示，本发明的一实施例中所述的水动力实验装置还提供如下的实施方式，其中所述水槽1进水端11的进水口为M个。所述水槽1出水端12的出水口为M个，M为大于等于2的正整数。其中，所述水槽1进水端11与所述水槽1出水端12位于所述水槽1相对的两端。第i个进水口与第i个出水口处于同一高度位置上，i为大于等于1小于等于M的正整数。在相同高度位置处均设置有配对的进水口与出水口，水流在流动过程中，相对位置高度的进水口的水流可从相对位置高度位置处的出水口流出。在具体实施当中，水槽可采用矩形的水槽，高度在110cm，每隔10cm高度安装一组进水口与出水口。
现有技术中，单个模拟装置仅能进行一次水动力模拟，不利于批量试验，实验周期较长。在具体实施当中，上述实施例中所述水动力实验装置可用于可同时模拟不同水动力下沉积物中多种污染物的富集释放迁移，其中所述水槽内设置有N条水流通道，N为大于等于2的正整数。所述水动力系统包括N个泵体。其中，第j个泵体分别连接第j条水流通道的进水端与出水端，构成循环通路，j为大于等于1小于等于N的正整数。第j个水泵负责第j条水流通路内的水流循环。在实验操作当中，实验人员可在水槽的N条水流通道内分别进行测试水流为不同流速的实验。水流通道的模拟流速范围为可在0-10cm/s。
为了在水槽底部预留有沉积物的沉积空间，上述实施例中所述的水动力实验装置，其中距离所述水槽底部最近的进水口至所述水槽底部的距离大于等于5cm。最底部的进水口流入水槽的水流不会将水槽底部的沉积物冲击走。
对于水槽的具体结构，为了便于生产，可通过下述结构实现，但不仅局限于下述结构：
如图1所示，上述实施例中所述的水动力实验装置，其中所述水流通道为三条以上。每条水流通道由位于所述水槽1容纳空间内的相互平行设置的竖板13隔离而成。水流通道之间不连通，竖版不可调。
进一步的，上述实施例中所述的水动力实验装置，其中所述水槽的外围安装有温控系统，所述温控系统用于对所述水槽内的水流进行温度控制。模拟温度范围在4-35℃。
在具体实施当中，如图1和图2所示，所述温控系统可通过下述具体结构实现：所述温控系统包括水温调节装置41、调温水池42、进水管路、出水管路。所述进水管路分别连接所述水温调节装置41的出口与所述调温水池42的入口43。所述出水管路分别连接所述水温调节装置41的入口与所述调温水池42的出口44。所述水槽1位于所述调温水池42内。所述水槽1的侧壁与所述调温水池42的侧壁之间、所述水槽1的底部与所述调温水池42的底部之间流动有调温液。所述水温调节装置41用于对所述调温液的温度进行调节。所述调温液在所述进水管路、所述调温水池42、所述出水管路内循环，对所述水槽1内的水调温。其中，所述调温水池42的入口位于所述水槽1的出水端11一侧，所述调温水池42的出口位于所述水槽11的进水端一侧。温控系统在工作当中，位于调温水池内调温液的循环流动方向与水槽内水流的循环流动方向相反，温控效果较佳。其中，所述水动力系统的连接管道可从调温水池的侧壁穿过与水槽的进水端、出水端连接。调温液可以是水。水温调节装置可通上不同的冷热源(冷水、热水)做恒温循环加热或冷却。温控系统中的水温由带数显、温度可调的水温调节装置控制。
具体的，其中所述水槽以及所述调温水池可由亚克力有机玻璃制成。
进一步的，如图2所示，上述实施例中所述的水动力实验装置，其中所述水槽1上部开口。所述水槽1开口上方安装有光照系统。所述光照系统包括照明灯具51以及调节所述照明灯具51亮度的调控部52。照明灯具51可通过支杆53支撑在水槽1开口上方，在支架上有调节作用的伸缩杆，通过调节伸缩杆的伸缩尺度开控制照明灯具与水槽之间的距离。
具体的，上述实施例中所述的水动力实验装置，其中所述水流通道的长、宽比大于等于10。此时水流的流动性与真实环境中的水流情况较为接近，所述光照系统亮度范围可在2000-12000Lx。
本发明提供的水动力实验装置可应用于位于水槽底部的沉积物对上覆水中添加污染物的富集释放规律研究，具有采样方便、实验过程中环境条件可控的特点。可以有效控制水位、流速、流速梯度、温度、照度，为针对性地研究指定地点的沉积物中特定污染物的富集及释放过程，模拟该过程对上覆水体水质的影响提供技术支持。本发明的水动力实验装置结构简单，易于加工，操作容易。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (12)
1.一种水动力实验装置，其特征在于，包括：
水槽，所述水槽内设置有至少一条水流通道；
水动力系统，其分别连接所述水槽侧壁上的进水端、所述水槽的出水端，用于驱动所述水槽内水流的流动；其中，
所述水槽的进水端包括位于同一条水流通道一端侧壁上至少两个高度位置处的进水口；
流量调节器，设置在每个进水口与所述水动力系统之间，用于调节每个进水口的进水量。
2.根据权利要求1所述的水动力实验装置，其特征在于，
所述流量调节器为位于每个进水口处的阀门以及流量计；
所述流量计的入口与所述阀门的出口连接。
3.根据权利要求1所述的水动力实验装置，其特征在于，
所述水动力系统包括泵体以及调节所述泵体输出功率的操作部。
4.根据权利要求1所述的水动力实验装置，其特征在于，
所述水槽进水端的进水口为M个；
所述水槽出水端的出水口为M个，M为大于等于2的正整数；其中，
所述水槽进水端与所述水槽出水端位于所述水槽相对的两端；
第i个进水口与第i个出水口处于同一高度位置上，i为大于等于1小于等于M的正整数。
5.根据权利要求4所述的水动力实验装置，其特征在于，
所述水槽内设置有N条水流通道，N为大于等于2的正整数；
所述水动力系统包括N个泵体；其中，
第j个泵体分别连接第j条水流通道的进水端与出水端，构成循环通路，j为大于等于1小于等于N的正整数。
6.根据权利要求1所述的水动力实验装置，其特征在于，
距离所述水槽底部最近的进水口至所述水槽底部的距离大于等于5cm。
7.根据权利要求1所述的水动力实验装置，其特征在于，
所述水流通道为三条以上；
每条水流通道由位于所述水槽容纳空间内的相互平行设置的竖板隔离而成。
8.根据权利要求1所述的水动力实验装置，其特征在于，
所述水槽的外围安装有温控系统，所述温控系统用于对所述水槽内的水流进行温度控制。
9.根据权利要求8所述的水动力实验装置，其特征在于，
所述温控系统包括水温调节装置、调温水池、进水管路、出水管路；
所述进水管路分别连接所述水温调节装置的出口与所述调温水池的入口；
所述出水管路分别连接所述水温调节装置的入口与所述调温水池的出口；
所述水槽位于所述调温水池内；
所述水槽的侧壁与所述调温水池的侧壁之间、所述水槽的底部与所述调温水池的底部之间流动有调温液；
所述水温调节装置用于对所述调温液的温度进行调节；
所述调温液在所述进水管路、所述调温水池、所述出水管路内循环，对所述水槽内的水调温；
其中，
所述调温水池的入口位于所述水槽的出水端一侧，所述调温水池的出口位于所述水槽的进水端一侧。
10.根据权利要求9所述的水动力实验装置，其特征在于，
所述水槽以及所述调温水池由亚克力有机玻璃制成。
11.根据权利要求1所述的水动力实验装置，其特征在于，
所述水槽上部开口；
所述水槽开口上方安装有光照系统；
所述光照系统包括照明灯具以及调节所述照明灯具亮度的调控部。
12.根据权利要求11所述的水动力实验装置，其特征在于，
所述水流通道的长、宽比大于等于10；
所述光照系统亮度范围为2000-12000勒克斯。
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