CN105756010A - 一种用于潮汐河工模型的消能装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于潮汐河工模型的消能装置。目的是提供的装置能够有效消除供水水泵提供给水流的动能，使水流进入实验区前呈稳定流态，为实验提供一个稳定的水动力要素测量环境，并且该装置简易，易于实现，效果显著。技术方案是：一种用于潮汐河工模型的消能装置，包括供水池、安装在供水池中的若干台供水水泵；其特征在于所述供水池和后续实验装置之间还设置一流道竖直布置的消能池，消能池下部通过水泵出水口孔与供水池相通而消能池顶部与后续实验装置连通，消能池池底高于供水池池底；所述消能池内安装着至少两层封堵着消能池流道截面且上下间隔一定距离的消能板，所述消能板上均匀开制有多个透水用的小孔。

Description

一种用于潮汐河工模型的消能装置

技术领域

本发明涉及一种非恒定水流模拟试验的物理模型，尤其是河口海岸水流模拟试验中潮差大、水动力强的潮汐河工模型的消能装置。

背景技术

物理模型试验是人们认识和研究河口海岸地区水流运动规律的重要手段之一。为了在物理模型中复现模拟水域的潮位及潮流过程，必须在模型的水边界上制造相应的潮汐过程。在传统的潮汐水流模拟的河工模型中，通常通过控制水泵的供水时间、供水流量等实现预定的潮汐过程。由于水泵出水时，水流动能强，流态紊乱，水面波动剧烈，给水位的测量与控制造成很大的困难。因此，必须设置消能设施来消除水面的波动。传统的消能设施一般采用在生潮水池里放入简易竹筏、不规则阻流体(如石块、编织网)等措施进行消能；这种消能措施消能效果不佳，且对生潮水流具有扰动，容易产生水位和流速不匹配的现象，从而造成观测困难影响生潮的控制精度。

发明内容

本发明的内容在于克服上述现有背景技术的不足之处，而提供一种潮汐河工模型中产生潮汐水流的消能装置。该装置能够有效消除供水水泵提供给水流的动能，使水流进入实验区前呈稳定流态，为实验提供一个稳定的水动力要素测量环境，并且该装置简易，易于实现，效果显著。

本发明提供的技术方案是：

一种用于潮汐河工模型的消能装置，包括供水池、安装在供水池中的若干台供水水泵；其特征在于所述供水池和后续实验装置之间还设置一流道竖直布置的消能池，消能池下部通过水泵出水口孔与供水池相通而消能池顶部与后续实验装置连通，消能池池底高于供水池池底；所述消能池内安装着至少两层封堵着消能池流道截面且上下间隔一定距离的消能板，所述消能板上均匀开制有多个透水用的小孔。

所述的至少两层消能板中，顶层的消能板置于消能池池顶以下15cm处，其余消能板等距离间隔设置于消能池中；相邻上下两层消能板的小孔错位放置，以使水流动能均匀分配。

进一步地，消能池和供水池之间有多根承重柱，承重柱均匀布设在供水池和消能池之间；承重柱之间设置有混凝土封闭填充，使消能池和供水池隔开；混凝土封闭填充下部设置有水泵出水口孔，水泵出水口孔的轴线水平布置。

进一步地，所述小孔的设置密度为小孔面积之和为消能板面积的3/6-5/6。

进一步地，所述小孔的孔径为10mm。

进一步地，所述消能池的池底高出供水池池底0.5m以上。

所述承重柱上部支撑着便于安装调试人员和检修人员作业的混凝土横梁。

所述供水池的底部通过回水渠与河工模型的另一端连通，用于接收模型回水，实现实验用水的循环使用。

本发明实现生潮系统消能的基本原理如下：当进行实验时，水流通过水泵出水口孔进入消能池，水流从水泵射出后具有较大动能，紊动强度大。由于水泵出水管道安装在消能池底部，而且出口水流的方向正对池壁，水流进入消能池后转为向上漫涨，可以将动能转化为势能；另一方面，水流通过消能池内布设的两层或多层消能板时，消能板能够破碎水流内部大尺度涡体，同时边界层效应增大了水流的摩擦阻力，可更快速地消耗水流动能；配合调节水泵出水功率使水流上涨到试验水位时基本消耗掉水流动能，达到消能效果。

本发明的有益效果是，在进行潮汐河工模型实验时，通过本发明能极大程度消除生潮系统带来的水流残余动能对试验精度的影响，且本发明结构简单，易于实现，效果明显，较好弥补了传统消能措施的不足，有效解决了在潮差大、水动力强的非恒定水流模拟中传统生潮系统消能效果不佳的问题。

附图说明

图1为本发明装置的主视结构示意图。

图2为图1中A-A剖面结构示意图。

图3为消能板的结构示意图。

图4为消能板的安装结构示意图。

图中：1消能池、2供水池、3消能板、4消能池混凝土壁、5供水水泵、6水泵出水管道、7支撑架、8混凝土封闭填充、9承重柱、10螺钉、11水泵出水口孔、12三角铁。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的实施情况，但它们并不构成对本发明的限制。

本发明所述的供水池2由混凝土砌成，用作模型试验的生潮系统的储水池，保障试验水源的连续供应；所述的消能池1由混凝土砌成，连接在供水池和后续实验装置之间，消能池下部通过水泵出水口孔11与供水池相通而消能池顶部与后续实验装置连通从而保持流道处于竖直布置状态；消能池池底需高出供水池池底0.5m以上，以方便水泵5的调试安装；消能池内安装着至少两层封堵着消能池流道截面的消能板3；所述的消能池和供水池之间布置多根承重柱9，承重柱上部支撑着混凝土横梁(该横梁用于方便安装调试人员和检修人员作业)；承重柱9内部设置有配筋，用于支撑上部混凝土横梁和实验人员的重量，承重柱的数量根据供水池的宽度选择确定；承重柱之间设置混凝土封闭填充8，用于将消能池和供水池分别隔离为独立空间；供水池设置有回水渠(图中省略)，用于接收河工模型另一侧的回水，以实现试验用水的连续供应与循环使用。

消能板3为矩形结构(优选厚度10mm的PVC材料制成)，消能板上均匀布设有小孔，小孔密度设置以小孔面积之和为消能板面积的3/6-5/6(优选2/3)；小孔孔径的大小设定为10mm为宜，小孔孔径太小阻流作用太强，供水水泵5出水流量较大时，容易产生射流，孔径太大不能有效破碎水流内部的紊动涡体，消能效果不明显；根据实验工况选择不同规格的消能板；消能池1过长时，多块消能板平行铺设，拼接成一层消能板；

考虑到消能板3的稳固度和过流特性，各层的消能板通过固定部件(如三角铁12和螺钉10)固定在消能池壁4上；根据实验消能要求，若需布设多层消能板，顶层的消能板置于消能池1池顶以下15cm处，其余消能板应等间距固定在消能池壁不同高度上，并尽量使相邻上下两排消能板的小孔错位放置，以使水流动能均匀分配，避免在水流内部形成高速区和滞留区，影响消能效果。

进一步，所述的消能板3四个边角上下左右通过8个螺钉10和三角铁12固定在消能池混凝土壁4上；需多层设置消能板时，每层都采用同样的方法等间距固定在消能池混凝土壁上以满足实验需求。所述的消能池混凝土壁的壁面应光滑平整，并做防渗处理。

所述的供水水泵5安装在供水池2中，为潜水水泵，一个生潮系统可以根据试验需要配置多台供水水泵，供水水泵的规格根据试验需求进行选择，并根据实验工况配合调度，作为实验模拟系统的供水动力装置。

水泵出水管道6设置在消能池1的下部的水泵出水口孔11内，可将供水水泵5提供的试验用水输送到消能池和后续试验装置中。水泵出水口孔可在建造混凝土封闭填充8时预留，水泵出水口孔的大小和个数根据实验模拟所需水量、模型空间尺寸和水泵规格确定。

支撑架7为钢制结构安装在供水池2中，用于支撑供水水泵5的重量，稳定水泵。

本发明用于潮汐河工模型的一种消能装置的实现方法是：

1、根据实验设计尺寸，建造混凝土材质的供水池和消能池，使消能池内壁平整光滑，并做防渗处理。

2、在消能池下部混凝土封闭填充建造时，预留水泵出水口孔，水泵出水口孔的大小和个数根据实验预先设计确定。

3、安装供水水泵。

4、设计消能板规格，确定单块消能板大小和板上小孔孔径和小孔密度。

5、确定消能板在消能池中布设的层数，使各层消能板均匀分布在消能池不同高度上。通过三角铁和螺钉上下左右固定消能板，使之稳固在消能池内。

6、配合调整供水水泵的出水功率，使水流到达实验区时动能基本消除，而后进行后续实验。

需要说明的是：对于所属领域的技术人员来说，在不改变本发明原理的前提下还可以对本发明做出若干改变或变形，这同样属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种用于潮汐河工模型的消能装置，包括供水池(2)、安装在供水池中的若干台供水水泵(5)；其特征在于所述供水池和后续实验装置之间还设置一流道竖直布置的消能池(1)，消能池下部通过水泵出水口孔(11)与供水池相通而消能池顶部与后续实验装置连通，消能池池底高于供水池池底；所述消能池内自上而下安装着至少两层封堵着消能池流道截面且上下间隔一定距离的消能板(3)，所述消能板上均匀开制有多个透水用的小孔。

2.根据权利要求1所述的用于潮汐河工模型的消能装置，其特征在于：所述的至少两层消能板中，顶层消能板置于消能池池顶以下15cm处，其余消能板等距离间隔设置于消能池中；相邻上下两层消能板的小孔错位放置，以使水流动能均匀分配。

3.根据权利要求1或2所述的用于潮汐河工模型的消能装置，其特征在于：进一步地，消能池和供水池之间有多根承重柱(9)，承重柱均匀布设在供水池和消能池之间；承重柱之间设置有混凝土封闭填充(8)，使消能池和供水池隔开；混凝土封闭填充下部设置有所述水泵出水口孔，水泵出水口孔的轴线水平布置。

4.根据权利要求3所述的用于潮汐河工模型的消能装置，其特征在于：所述小孔的设置密度为小孔面积之和为消能板面积的3/6-5/6。

5.根据权利要求4所述的用于潮汐河工模型的消能装置，其特征在于：所述小孔的孔径为10mm。

6.根据权利要求5所述的用于潮汐河工模型的消能装置，其特征在于：所述消能池的池底高出供水池池底0.5m以上。

7.根据权利要求6所述的用于潮汐河工模型的消能装置，其特征在于：所述承重柱上部支撑着便于安装调试人员和检修人员作业的混凝土横梁。

8.根据权利要求7所述的用于潮汐河工模型的消能装置，其特征在于：所述供水池的底部通过回水渠与河工模型的另一端连通，用于接收模型回水。