CN105717965B - 用于流固耦合模型试验的恒温恒压循环水自动控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于流固耦合模型试验的恒温恒压循环水自动控制系统，涉及地质条件模型试验技术领域。本发明包括水箱、加压泵、换热装置、压力传感器、温度传感器和控制器，水箱、加压泵、换热装置通过循环水管路与模型试验架内的内置水体连通构成闭合水循环回路，控制器和加压泵、换热装置、压力传感器、温度传感器连接，保持循环水恒温恒压接。本发明能够自动控制和调节水体的温度和压力，保持水体恒温恒压，提高模拟试验的准确性。

Description

用于流固耦合模型试验的恒温恒压循环水自动控制系统
技术领域
本发明涉及地质条件模型试验技术领域，尤其是一种用于流固耦合模型试验的恒温恒压循环水自动控制系统。
背景技术
随着我国社会经济的发展和交通事业的腾飞，基础设施建设和空间的开发利用逐步向地下拓展。随着地下工程建设数量的不断增加，规模不断增大，范围不断拓展，工程建设的难度也不断增加。对于地下工程，一个突出的特点就是建筑物长期处于岩(土)体、地下水和气体的多项介质耦合作用下，对地下工程流固耦合作用机理的研究已经成为热点，科学工作者通过各种研究手段对地下工程流固耦合规律进行探索，其中，通过地下工程模型试验对地下工程进行可视化的仿真模拟，是一种行之有效的方法。
模型试验是根据相似理论，将实际工程转换为室内模型进行试验模拟的。这要求模型试验中能够模拟实际工程中急需解决的关键问题，并且得到明显的研究规律来指导施工。但传统的地下工程模型试验技术存在明显的弱点，模型试验系统的可视性差，难以再现实际工况。
我国煤矿开采的水文地质条件复杂，矿井突水类型多，成因机制和防治方法也非常复杂，迫切需要对含水构造的预测预报理论和方法进行深入系统的研究。在矿井含水构造的水体预报方面，国内外专家进行了大量的研究，但仍没有应用于含水构造温度场特征试验的相关系统，无法在试验中根据需要调节和稳定水体温度和水体压力，而在实际工程中，水体压力和水体温度极易受到地质条件影响，如地热会导致水体温度的异常升高等，影响试验的准确性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种用于流固耦合模型试验的恒温恒压循环水自动控制系统，能够自动控制和调节水体的温度和压力，保持水体恒温恒压，提高模拟试验的准确性。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种用于流固耦合模型试验的恒温恒压循环水自动控制系统，包括水箱、加压泵、换热装置、压力传感器、温度传感器和控制器，水箱、加压泵、换热装置通过循环水管路与模型试验架内的内置水体连通构成闭合水循环回路，控制器和加压泵、换热装置、压力传感器、温度传感器连接，保持循环水恒温恒压。
进一步优选的技术方案，所述闭合水循环回路中内置水体的出口处还设有过滤器。
进一步优选的技术方案，所述换热装置包括制冷机和换热器。
进一步优选的技术方案，所述控制器为带显示器的计算机控制系统。
进一步优选的技术方案，所述水箱与模型试验架内的内置水体的进水口连通，过滤器、加压泵、换热装置顺次连接在内置水体的出水端的管路上。
进一步优选的技术方案，加压泵、换热装置、水箱及内置水体两端的管路上均设有电磁阀，控制器与电磁阀通信相连。
进一步优选的技术方案，所述内置水体为采用氯化钠固体结晶的内置水体装置。
进一步优选的技术方案，水箱与内置水体相连的管路为柔性管。
进一步优选的技术方案，所述的循环水管路的水管的内径为8-15mm。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
1)本发明为闭合的循环水路，使内置水体中的水流保持循环状态，节约用水，减少劳动量；同时对水流进行温度压力的调节，保证水体的温度和压力恒定；
2)采用氯化钠固体结晶的内置水体装置，能够很好直观地模拟流固耦合状态；
3)采用伸缩可调的柔性管路，方便调节水箱及水泵的高度，以提供不同的流量和水压；
4)采用计算机控制系统，随时调控水体温度和水体压力，使内置水体达到最佳的模拟试验状态，提高模拟试验的准确性。
附图说明
图1是本发明一个实施例的结构示意图；
图中：1、内置水体；2、过滤器；3、加压泵；4、换热装置；5、水箱；6、控制器；7、模型试验架。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参见图1所示，本发明包括水箱5、加压泵3、换热装置4、压力传感器、温度传感器和控制器6，水箱5、加压泵3、换热装置4通过循环水管路与模型试验架7内的内置水体1连通构成闭合水循环回路，控制器6和加压泵3、换热装置4、压力传感器、温度传感器连接，保持循环水恒温恒压。通过控制器6，对循环水进行温度和压力的实时监控和调节，保证水体的温度和压力恒定，使试验能够真实的模拟实际工况，为工程提供准确的试验依据。
闭合水循环回路中内置水体1的出口处还设有过滤器2，用于对循环水进行过滤。
其中，换热装置4包括制冷机和换热器。
所述控制器6为带显示器的计算机控制系统。采用计算机软件控制系统，可对数据信号进行实时转换，并进行监控，同时可以根据需要，随时调控水体温度和水体压力。
所述水箱5与模型试验架7内的内置水体1的进水口连通，过滤器2、加压泵3、换热装置4顺次连接在内置水体1的出水端的管路上。
加压泵3、换热装置4、水箱5及内置水体1两端的管路上均设有电磁阀，控制器6与电磁阀通信相连。循环水的温度和压力能够实时传递到计算机控制系统，计算机控制系统对各控制阀进行调节，使加压泵3、换热装置4进行相应的调节，使循环水实时满足试验工况的要求。
所述内置水体1为采用氯化钠固体结晶的内置水体装置，能够很好直观地模拟流固耦合状态。在模型试验中铺设任意形状的内置氯化钠固体结晶形成符合类似地下暗河或溶洞等实际状态的水体，提高试验数据的真实性。
为了更进一步的调节循环水的压力，水箱5与内置水体1相连的管路采用柔性管，柔性管可以为胶管、PVC管等，这样，由于在试验室进行试验，可以随时抬高水箱的高度或降低水箱的高度，来调节水压，以提供不同的水压。
其中，所述的循环水管路的水管的内径为8-15mm。
本发明依据相似原理，按照工程背景铺设岩土体模拟材料，用氯化钠固体结晶预制内置水体1埋入预定位置，在内置水体1上部接进水管，下部接出水管，水路上连接水箱5、加压泵3和换热装置4，组成循环水路，通过控制器6自动调节水温、水压，并实时监控，提高模拟试验的准确性，节约用水，降低劳动强度。本发明可广泛应用于水电、交通、矿山等工程领域的流固耦合模型试验中。

Claims (6)

1.一种用于流固耦合模型试验的恒温恒压循环水自动控制系统，其特征在于，包括水箱(5)、加压泵(3)、换热装置(4)、压力传感器、温度传感器和控制器(6)，水箱(5)、加压泵(3)、换热装置(4)通过循环水管路与模型试验架(7)内的内置水体(1)连通构成闭合水循环回路，控制器(6)和加压泵(3)、换热装置(4)、压力传感器、温度传感器连接，保持循环水恒温恒压；
所述换热装置(4)包括制冷机和换热器；
所述内置水体(1)为采用氯化钠固体结晶的内置水体装置；
所述水箱(5)与模型试验架(7)内的内置水体(1)的进水口连通，过滤器(2)、加压泵(3)、换热装置(4)顺次连接在内置水体(1)的出水端的管路上；
使用时，按照工程背景铺设岩土体模拟材料，用氯化钠固体结晶预制内置水体(1)埋入预定位置，在内置水体(1)上部接进水管，下部接出水管，水路上连接水箱(5)、加压泵(3)和换热装置(4)，组成循环水路，通过控制器(6)自动调节水温、水压，并实时监控。
2.根据权利要求1所述的用于流固耦合模型试验的恒温恒压循环水自动控制系统，其特征在于，所述闭合水循环回路中内置水体(1)的出口处还设有过滤器(2)。
3.根据权利要求1所述的用于流固耦合模型试验的恒温恒压循环水自动控制系统，其特征在于，所述控制器(6)为带显示器的计算机控制系统。
4.根据权利要求1所述的用于流固耦合模型试验的恒温恒压循环水自动控制系统，其特征在于，加压泵(3)、换热装置(4)、水箱(5)及内置水体(1)两端的管路上均设有电磁阀，控制器(6)与各电磁阀通信相连。
5.根据权利要求1所述的用于流固耦合模型试验的恒温恒压循环水自动控制系统，其特征在于，水箱(5)与内置水体(1)相连的管路为柔性管。
6.根据权利要求1所述的用于流固耦合模型试验的恒温恒压循环水自动控制系统，其特征在于，循环水管路的水管内径为8-15mm。
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