CN105445165A - 一种自循环智能采集达西实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自循环智能采集达西实验装置，包括自动供水装置、储存介质装置、稳水装置、支架装置和数据采集装置，自动供水装置包括方形储水箱和小型抽水泵，储存介质装置包括空心管和环形稳水器，稳水装置包括溢水器和集水器，支架装置包括第一开孔长方条、第二开孔长方条和中字形中空固定夹，数据采集装置包括压力传感器、数据采集器和计算机。抽水泵将储水箱中的水抽到环形稳水器，然后排回储水箱中，使水循环利用。空心管里面用来装砂柱，溢水器的水装满之后再由集水器上的导流管导回方形储水箱里。本发明装置具有演示达西渗流实验和非达西渗流实验的教学功能，并且循环利用实验所需用水和采用计算机读数节省财力、物力和人力。

Description

一种自循环智能采集达西实验装置

技术领域

本发明属于水文地质专业实验教学仪器领域，具体涉及一种自循环智能采集达西实验装置。

背景技术

达西定律（Darcy’sLaw1856）已经被广泛应用于多孔介质和裂隙介质中流体流动的研究当中。它是描述地下水渗流运动的基本方程，地下水各种情况下流动的数学问题都是基于该线性定律导出，因此开展室内达西实验教学对于学生熟悉渗流的基本原理，掌握地下水稳定流、非稳定流分析理论具有十分重要的意义。当前实验室内用于达西实验的实验装置都过于简单，功能单一，稳定流、非稳定流达西实验不能通过一个装置实现。实验所需用水不能重复循环使用，这在一定程度上加大了财政负担，也不符合可持续发展的政策。并且当前实验都是采用人工读数，能记录的数据少，很多情况下都会存在误差，不能真实的反应达西定律。随着各国学者苦心研究，发现达西定律存在是有条件的，超出条件会产生非达西现象。所以能让学生在实验中认识到，当超出适用范围时，介质中的水流定律并不符合达西线性定律很有必要。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有技术存在的上述不足，提供一种自循环智能采集达西实验装置，

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种自循环智能采集达西实验装置，包括自动供水装置、储存介质装置、稳水装置、支架装置和数据采集装置，

所述自动供水装置包括方形储水箱和小型抽水泵，方形储水箱后端装有一个进水口、前端装有一进双出双控水龙头，一进双出双控水龙头的进水端与稳水装置相连，方形储水箱两侧隔板正中间分别开设有一个凹槽，小型抽水泵安装在方形储水箱中，小型抽水泵出水端与储存介质装置相连；方形储水箱中部设有用于容纳储存介质装置的圆柱形空心管；

所述储存介质装置包括空心管和环形稳水器，空心管底端设有中空打有螺纹的底盖，空心管内部用于安装砂柱，砂柱的上面覆盖一个多孔法兰盘，空心管中部通过两个活接头分别与数据采集装置相连；环形稳水器安装在空心管上部，环形稳水器上设有一个进水导流管和一个排水导流管，进水导流管通过硅胶管与小型抽水泵出水端相连，排水导流管通过硅胶管延伸至方形储水箱中；

所述稳水装置包括溢水器和集水器，储存介质装置的空心管嵌套在溢水器内部，溢水器套装在圆柱形空心管内部，集水器连接在溢水器上方，集水器上装有一个导流管，导流管通过硅胶软管与方形储水箱的一进双出水龙头相连，集水器两侧有两根方形条，方形条通过螺旋固定在支架装置上，集水器通过方形条可上下滑动地与支架装置连接；

所述支架装置包括第一开孔长方条、第二开孔长方条和中字形中空固定夹，第一开孔长方条、第二开孔长方条分别镶嵌在自动供水装置两侧隔板中间的凹槽内，中字形中空固定夹连接第一开孔长方条、第二开孔长方条（稳水装置的两根方形条通过螺旋固定在第一开孔长方条、第二开孔长方条上），储存介质装置的空心管固定在中字形中空固定夹内；

所述数据采集装置包括压力传感器、数据采集器和计算机，压力传感器设有两个、分别上下固定在支架装置的第二开孔长方条中，同时两个压力传感器的一端还通过活接头与储存介质装置的空心管相连接，两个压力传感器的另一端与数据采器器相连，数据采集器连接计算机。

按上述方案，所述方形储水箱上部装有一块开孔方形顶盖，用于隔绝实验用水，以防实验过程中水花四溅或溢出。

按上述方案，所述第一开孔长方条、第二开孔长方条中的任意一个上面设有刻度（用于方便记录稳水装置上下移动的长度）。

本发明的工作原理：自动供水装置用于储存足够的实验用水，并且能够提供连续稳定的循环水流；自动供水装置的小型抽水泵用于将方形储水箱中的水抽到空心管上方环形稳水器，为空心管供水，无需人为供水，更加智能与方便，后通过空心管和环形稳水器上的排水导流管将水排回方形储水箱中，实现实验所用水的循环利用；储存介质装置用于承载实验所需的透水介质，并且在其上部一定位置嵌套一个环形稳水器可保证上边界水头（测压水头）为定水头，并由排水导流管使溢出的水回流到自动供水装置中；稳水装置用于保证下边界水头（测压水头）为定水头，并且稳水装置可上下任意移动，在可调节范围内的任意位置固定，从而可以改变下边界水头（测压水头）的位置；支架装置用于固定存储介质装置的空心管以及固定数据采集装置的两个压力传感器，保证稳水装置上下移动并固定在可调节范围内的任意位置；数据采集装置用于收集和记录任意时刻相应位置的测压水头，根据两个传感器记录的数据测出储存介质装置中介质的渗透系数。

本发明通过采取以上技术方案，演示稳定流、非稳定流情况下的达西实验，显示超过达西定律适用条件后的非达西现象；模拟出自然条件下双层结构介质中的渗流，具有以下优点：

1、解决了当前实验室里用于达西实验的实验装置功能单一的问题，实现了将稳定流和非稳定流达西实验通过一个装置完成的创新；

2、将实验室所需用水循环利用，减少财政负担，符合可持续发展的政策；

3、实验采用计算机读数，能完整全面地记录实验所需的数据，减少人工读数的误差。

附图说明

图1是本发明自循环智能采集达西实验装置的整体结构示意图；

图2是本发明自动供水装置的俯视图；

图3是本发明自动供水装置的右视图；

图4是本发明储存介质装置的前视图；

图5是本发明储存介质装置的俯视图；

图6是本发明储存介质装置的左视图；

图7是本发明稳水装置的俯视图；

图8是本发明稳水装置的前视图；

图9是本发明稳水装置的左视图；

图10是本发明支架装置的俯视图；

图11是本发明支架装置的前视图；

图12是本发明支架装置的左视图；

图中，1-方形储水箱，2-进水口，3-一进双出双控水龙头，4-导流管，5-小型抽水泵，6-环形稳水器，7-进水导流管，8-圆柱形空心管，9-固定螺杆，10-隔板，11-空心管，12-底盖，13-活接头，14-压力传感器，15-法兰盘，16-排水导流管，17-溢水器，18-集水器，19-方形条，20-螺旋，21-第一开孔长方条，22-第二开孔长方条，23-刻度，24-中字形中空固定夹，25-凹槽，26-数据采集器，27-计算机。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明技术方案进行详细的描述。

本发明所述的自循环智能采集达西实验装置，包括自动供水装置、储存介质装置、稳水装置、支架装置和数据采集装置，

参照图1~图3所示，自动供水装置包括方形储水箱1和小型抽水泵5，方形储水箱1后端设有进水口2、前端装有一进双出双控水龙头3，一进双出双控水龙头3的进水端与稳水装置相连，方形储水箱1两侧隔板正中间分别开设有一个方形凹槽25，小型抽水泵5安装在方形储水箱1中，小型抽水泵5出水端与储存介质装置相连；方形储水箱1中部设有用于容纳储存介质装置的圆柱形空心管8，方形储水箱1上部装有一块开孔方形顶盖10，用于隔绝实验用水，以防实验过程中水花四溅或溢出。

参照图4~图6所示，储存介质装置包括空心管11和环形稳水器6，空心管11底端设有中空打有螺纹的底盖12，空心管11内部用于安装砂柱，砂柱的上面覆盖一个多孔法兰盘15，空心管11中部通过两个活接头13分别与数据采集装置相连；环形稳水器6安装在空心管11上部，环形稳水器6上设有一个进水导流管7和一个排水导流管16，进水导流管7通过硅胶管与小型抽水泵5出水端相连，排水导流管16上套设一个硅胶管，硅胶管另一端延伸至方形储水箱1中；

参照图7~图9所示，稳水装置包括溢水器17和集水器18，储存介质装置的空心管11嵌套在溢水器17内部，溢水器17套装在圆柱形空心管8内部，集水器18连接在溢水器17上方，集水器18上装有一个导流管4，导流管4通过足够长的硅胶软管与方形储水箱1的一进双出水龙头3相连，集水器18两侧有两根方形条19，方形条19通过螺旋20固定在支架装置上、使得集水器18可上下滑动的沿着方形条19与支架装置连接；

参照图10~图12所示，支架装置包括第一开孔长方条21、第二开孔长方条22和中字形中空固定夹24，第一开孔长方条21、第二开孔长方条22分别镶嵌在自动供水装置两侧隔板中间的凹槽25内，中字形中空固定夹24连接第一开孔长方条21、第二开孔长方条22；第一开孔长方条21上面设有刻度23（用于方便记录稳水装置上下移动的长度），储存介质装置的空心管11固定在中字形中空固定夹24内；

数据采集装置包括压力传感器14、数据采集器26和计算机27，压力传感器14设有两个、分别上下采用固定螺杆9固定在支架装置的第二开孔长方条22中，同时两个压力传感器14的一端还通过活接头13与储存介质装置的空心管11相连接，两个压力传感器14的另一端与数据采器器26相连，数据采集器26连接计算机27。

本装置的非稳定流达西实验步骤如下：

1）首先将各个管道和线路连接好；

2）打开计算机27和数据采集器26，设置好采集时间间隔，使整个装置处于工作状态；

3）打开电源，打开小型抽水泵5开关，给自动供水装置充水，使空心管11内部的砂柱饱和，排除空气，一定时间后，保证水面达到环形稳水器6，关闭抽水泵5，开始采集实验数据；

4）调节稳水装置的高度，重复步骤3），进行同样实验；

5）关闭电源和数据采集器26，整理数据。

稳定流达西实验过程中小型抽水泵5持续抽水，保证水面一直稳定在环形稳水器6顶部，上边界水头为定水头，打开方形储水器1前端的一进双出双控水龙头3，用量筒装水测体积，然后用秒表记录装水的所用时间，可以测出稳定流达西实验的流量。

储存介质装置的空心管11中部通过两个活接头分别连接一压力传感器14，两个压力传感器14可以模拟出储存介质装置中双层结构介质的渗流，可以通过两个压力传感器可以计算出两个介质的渗透系数。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，依本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (3)

1.一种自循环智能采集达西实验装置，其特征在于，包括自动供水装置、储存介质装置、稳水装置、支架装置和数据采集装置，

所述自动供水装置包括方形储水箱和小型抽水泵，方形储水箱后端设有一个进水口、前端装有一个一进双出双控水龙头，一进双出双控水龙头的进水端与稳水装置相连，方形储水箱两侧隔板正中间分别开设有一个凹槽，小型抽水泵安装在方形储水箱中，小型抽水泵出水端与储存介质装置相连；方形储水箱中部设有用于容纳储存介质装置的圆柱形空心管；

所述储存介质装置包括空心管和环形稳水器，空心管底端设有中空打有螺纹的底盖，空心管内部用于安装砂柱，砂柱的上面覆盖一个多孔法兰盘，空心管中部通过两个活接头分别与数据采集装置相连；环形稳水器安装在空心管上部，环形稳水器上设有一个进水导流管和一个排水导流管，进水导流管通过硅胶管与小型抽水泵出水端相连，排水导流管通过硅胶管延伸至方形储水箱中；

所述稳水装置包括溢水器和集水器，储存介质装置的空心管嵌套在溢水器内部，溢水器套装在圆柱形空心管内部，集水器连接在溢水器上方，集水器上装有一个导流管，导流管通过硅胶软管与方形储水箱的一进双出水龙头相连，集水器两侧有两根方形条，方形条通过螺旋固定在支架装置上，集水器通过方形条可上下滑动地与支架装置连接；

所述支架装置包括第一开孔长方条、第二开孔长方条和中字形中空固定夹，第一开孔长方条、第二开孔长方条分别镶嵌在自动供水装置两侧隔板中间的凹槽内，中字形中空固定夹连接第一开孔长方条、第二开孔长方条，储存介质装置的空心管固定在中字形中空固定夹内；

所述数据采集装置包括压力传感器、数据采集器和计算机，压力传感器设有两个、分别上下固定在支架装置的第二开孔长方条中，同时两个压力传感器的一端还通过活接头与储存介质装置的空心管相连接，两个压力传感器的另一端与数据采器器相连，数据采集器连接计算机。

2.根据权利要求1所述的自循环智能采集达西实验装置，其特征在于：所述方形储水箱上部装有一块开孔方形顶盖，用于隔绝实验用水，以防实验过程中水花四溅或溢出。

3.根据权利要求1所述的自循环智能采集达西实验装置，其特征在于：所述第一开孔长方条、第二开孔长方条中的任意一个上面设有刻度。