CN105756011A - 一种室内物理模型实验的涌潮潮头生成装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种室内物理模型实验的涌潮潮头生成装置。目的是提供的装置能模拟高流速的强涌潮潮头。技术方案是：一种室内物理模型实验的涌潮潮头生成装置，包括出水池、实验水槽、储水池以及闸门启闭控制装置；储水池中安装有潜水泵、出水池后侧底板上设置有潜水泵出水孔、从后侧底板至实验水槽的槽底之间依次布置着前侧底板及回水口，回水口上设置有闸门；从斜面的左端开始，出水池的宽度由左至右逐渐收缩，至斜面的右端收缩至实验水槽的宽度；出水池前侧底板部位的池壁高度高于闸门完全开启时的高度并留有安全距离；出水池左侧与储水池之间设置有至少两层消能板，其中位于顶层的消能板布置在前侧底板的斜面以下，其余消能板等间距布置。

Description

一种室内物理模型实验的涌潮潮头生成装置
技术领域
本发明属于河口海岸物理模型实验领域，具体涉及一种室内物理模型实验的涌潮潮头生成装置。
背景技术
涌潮是入海河流河口段的一种潮水暴涨的现象，在传播过程中局部变形剧烈，对江道侵蚀、堤岸保护和渉水工程具有重大的影响。为进行涌潮的水流结构、紊流特性以及涌潮对泥沙、盐度和污染物输移的影响等科学研究，解决生产实际问题，可以通过物理模型实验的方法模拟涌潮的运动规律，从而需要涉及一种室内物理模型实验的涌潮潮头生成装置。
目前，室内物理模型实验尚无有效的方法快速、简便、精准地实现高流速强涌潮的控制模拟。文献见有采用高位水箱蓄水，通过提升闸门使水流从闸门底部涌出形成涌潮的方法；此种装置生潮时由于水箱内水位下降，导致潮头控制精度低、涌潮难以持续的问题。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有背景技术的不足，而提供一种室内物理模型实验的涌潮潮头生成装置，该装置能模拟高流速的强涌潮潮头，并且能够保证潮头在水槽传播过程中基本保持不变，具有控制灵活，方便操作，精度高的特点。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种室内物理模型实验的涌潮潮头生成装置，包括出水池、与出水池连通的实验水槽、与地下回水渠或地下水库连通且位于出水池下部的储水池以及闸门启闭控制装置；其特征在于所述储水池中安装有若干接通变频调速器的潜水泵、出水池后侧底板上设置有若干个连通储水池的潜水泵出水孔、从后侧底板至实验水槽的槽底之间依次布置着由斜面和水平面组成的前侧底板以及与储水池相通的回水口，回水口上设置有用于关闭回水口或调节出水池蓄水高度且与所述闸门启闭控制装置连接的闸门；从所述斜面的左端开始，出水池的宽度由左至右逐渐收缩，至斜面的右端收缩至实验水槽的宽度；出水池前侧底板部位的池壁高度高于所述闸门完全开启时的高度并留有一定的安全距离；出水池左侧与储水池之间设置有至少两层上下间隔一定距离布置且覆盖水流过道截面的消能板，其中位于顶层的消能板布置在前侧底板的斜面以下，其余消能板等间距布置。
所述的消能板上均匀排列有透水用的多个小孔。
所述的闸门通过合页活动链接在出水池前侧底板水平段边缘。
所述的实验水槽由密封玻璃和钢架构组成，连接在出水池右端；当闸门关闭时，前侧底板的水平面、闸门和实验水槽的槽底处于同一个水平面上。
所述的闸门启闭控制装置由交流伺服电机及其控制器组成。
所述的闸门启闭控制装置安装在出水池边壁的顶部，通过拉杆与闸门靠近实验水槽一侧的边缘连接，用于控制闸门的开启和关闭。
所述的拉杆为两端分别与闸门和闸门启闭控制装置铰接的金属杆。
所述安全距离大于0.3m。
所述间隔一定距离为0.3m。
本发明的工作原理是：实验生潮时，通过计算机软件指令变频调速器控制潜水泵向出水池内供水，同时，指令闸门启闭控制装置开启闸门并根据实验设定的条件调节闸门抬起的高度，此时，在出水池内蓄水，达到预定的蓄水高度后，快速释放闸门使闸门闭合，出水池内的水沿平放的闸门涌出，形成潮头。
本发明的有益效果是：本发明通过闸门启闭控制装置控制闸门抬起的高度，通过变频调速器调节潜水泵出水流量，从而准确地生成了预定的涌潮潮头。同时，通过计算机软件对潜水泵的出水流量进行过程控制，有效地满足了涌潮潮头形过后的后续试验的流量需求，保证了潮头特征在实验水槽传播过程中基本维持不变，有效解决了目前的涌潮潮头模拟装置存在的问题。上述的潜水泵、闸门启闭控制装置等均通过计算机软件灵活控制并且操作简便。
附图说明
图1是本发明的主视结构示意图。
图2是本发明的俯视结构示意图。
图3是本发明中的消能板的平面结构示意图。
图4是本发明中的闸门与出水池前侧底板的连接关系示意图。
图5是本发明中合页的结构示意图。
图中：1出水池、1-1回水口、2储水池、3潜水泵、4消能板、5闸门、6实验水槽、7闸门启闭控制装置、8拉杆、9出水池前侧底板、10出水池后侧底板、11出水池混凝土边壁、12合页。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明，但它们并不构成对本发明的限制。
本发明所述的出水池1由混凝土构筑，底部由左至右依次为后侧底板10和前侧底板9；前侧底板的右侧与实验水槽6之间布置有回水口1-1，出水池通过该回水口与储水池2相通，回水口上设置有闸门5；出水池前侧底板从左往右，由斜面过渡为与实验水槽槽底平齐的水平面；出水池的宽度从斜面部位开始收缩，至斜面结束时逐渐收缩至实验水槽的宽度(由图2可知)；出水池前侧底板的边壁高度要高于闸门完全开启时的高度，并留有一定的安全距离(推荐大于0.3m)；出水池后侧底板预留有多个潜水泵出水孔，出水孔的大小和个数根据水泵规格和实验规模等来确定；出水池左侧还设置有至少两层上下间隔一定距离(推荐距离为0.3m)布置且覆盖水流过道截面的消能板4。
所述的储水池2由混凝土构筑，其主体位于出水池1的下部；试验时，储水池需保持潜水泵3正常工作的安全水位，储水池与地下回水渠或地下水库连通，实现试验水源的连续供应和循环使用，并且防止储水池水位上涨漫出回水口1-1进入实验水槽6影响实验；储水池为实验水槽提供水源，且接收水槽试验的回水。
所述的潜水泵3安装在储水池2内，由变频调速器控制，潜水泵的出水通过出水池后侧底板10预留的潜水泵出水孔送入出水池1；潜水泵的规格根据实验需要选择；当试验生潮时，可以采用多台水泵配合调节供水，连续不断地向实验水槽供应水量。
所述的消能板4由PVC材料或其他挡水材料制作，板上均匀排列有多个小孔，孔密度设置以小孔总面积占消能板面积的3/6-5/6(优选2/3)为宜；小孔孔径的大小根据需要设定(优选为10mm)；小孔孔径太小阻流作用太强，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。消能板多层放置时，顶层消能板须放置在出水池前侧底板9斜面下部，其余各排等间距布置在出水池混凝土壁11与前侧底板9的竖直面上。
所述的闸门5为不锈钢材质，呈方形与回水口1-1等宽等长，平放时刚好完全盖在回水口上，闸门通过合页12活动链接在出水池前侧底板9水平段边缘。闸门是涌潮潮头生成装置的关键部位，试验之前，根据实验设定的条件调节闸门的开启高度，同时，潜水泵3向出水池1注水，当蓄水高度达到预定高度时，关闭闸门，出水池的蓄水向外涌出可以制造不同强弱的潮头。
所述的实验水槽6是涌潮潮头生成装置的后续实验装置，由密封玻璃和钢架构组成，与出水池1连通；当闸门5关闭时，出水池前侧底板9水平面、闸门5和实验水槽槽底在同一个水平面上；实验水槽是用于测定各种水动力参数和进行其他物理实验的场所。
所述的闸门启闭控制装置7由交流伺服电机及其控制器组成，安装在出水池1边壁的顶部，通过拉杆8与闸门5靠近实验水槽6一端的边缘连接，用于控制闸门的开启和关闭。
所述的拉杆8是连接在闸门5和闸门启闭控制装置7之间的金属杆，拉杆两端都是可活动连接，在闸门两侧对称设置。
所述的合页12是金属材质，是市场上常见的活动连接件，用于固定闸门5与出水池前侧底板9之间的连接，闸门绕着合页的中心轴转动。
本发明的使用过程是：
1、实验准备，检查潜水泵、闸门、消能板等装置是否完好，检查储水池内水深是否满足水泵工作的要求，各设备完好准备实验。
2、闸门开启，通过闸门启闭控制装置带动拉杆，调节闸门的开启高度，使之能够满足实验设计蓄水高度的要求。
3、开启潜水泵，向出水池蓄水，根据实验流量的需要，可以多台水泵配合使用来满足蓄水高度的要求。
4、待出水池蓄水达到预定的稳定蓄水高度后，通过闸门启闭控制装置快速闭合闸门，此时闸门封闭储水池顶部的回水口，由于出水池前侧底板、闸门和实验水槽在同一水平面上，出水池内蓄起的水头由于势能作用迅速经过平放的闸门进入实验水槽，形成涌潮潮头，完成一次生潮过程。
5、上述的闸门启闭以及开启的高度，由计算机软件设定相关参数并指令闸门启闭控制装置来实现。
6、上述的潜水泵的供水时间、供水流量等由计算机软件设定相关参数并指令变频调速器来实现。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 (9)

1.一种室内物理模型实验的涌潮潮头生成装置，包括出水池(1)、与出水池连通的实验水槽(6)、与地下回水渠或地下水库连通且位于出水池下部的储水池(2)以及闸门启闭控制装置(7)；其特征在于所述储水池中安装有若干接通变频调速器的潜水泵(3)、出水池后侧底板(10)上设置有若干个连通储水池的潜水泵出水孔、从后侧底板至实验水槽的槽底之间依次布置着由斜面和水平面组成的前侧底板(9)以及与储水池相通的回水口(1-1)，回水口上设置有用于关闭回水口或调节出水池蓄水高度且与所述闸门启闭控制装置连接的闸门(5)；从所述斜面的左端开始，出水池的宽度由左至右逐渐收缩，至斜面的右端收缩至实验水槽的宽度；出水池前侧底板部位的池壁高度高于所述闸门完全开启时的高度并留有一定的安全距离；出水池左侧与储水池之间设置有至少两层上下间隔一定距离布置且覆盖水流过道截面的消能板(4)，其中位于顶层的消能板布置在前侧底板的斜面以下。
2.根据权利要求1所述的室内物理模型实验的涌潮潮头生成装置，其特征在于：所述的消能板上均匀排列有透水用的多个小孔。
3.根据权利要求2所述的室内物理模型实验的涌潮潮头生成装置，其特征在于：所述的闸门通过合页(12)活动链接在出水池前侧底板水平段边缘。
4.根据权利要求2或3所述的室内物理模型实验的涌潮潮头生成装置，其特征在于：所述的实验水槽由密封玻璃和钢架构组成；当闸门关闭时，前侧底板的水平面、闸门和实验水槽的槽底处于同一个水平面上。
5.根据权利要求4所述的室内物理模型实验的涌潮潮头生成装置，其特征在于：所述的闸门启闭控制装置由交流伺服电机及其控制器组成。
6.根据权利要求5所述的室内物理模型实验的涌潮潮头生成装置，其特征在于：所述的闸门启闭控制装置安装在出水池边壁的顶部，通过拉杆(8)与闸门靠近实验水槽一侧的边缘连接，用于控制闸门的开启和关闭。
7.根据权利要求6所述的室内物理模型实验的涌潮潮头生成装置，其特征在于：所述的拉杆为两端分别与闸门和闸门启闭控制装置铰接的金属杆。
8.根据权利要求7所述的室内物理模型实验的涌潮潮头生成装置，其特征在于：所述安全距离大于0.3m。
9.根据权利要求8所述的室内物理模型实验的涌潮潮头生成装置，其特征在于：所述间隔一定距离为0.3m。
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