CN107038946A - 一种多功能高流速的智能明渠实验系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种既能获取高流速又能远程监测水位的多功能明渠实验系统，包括：明渠高流速实验装置、可调断面装置、无线智能水位监控系统组成。其主要优点在于在实验水槽段能获取更高的流速、断面宽度及水深可调的不同流态并能无线监控智能调节蓄水池水位，对于用于获取不同断面流速及水深的流态等流体力学领域的科研工作具有十分重要的科学意义和实际应用价值。

Description

一种多功能高流速的智能明渠实验系统
技术领域
本发明属于流体力学实验仪器领域，特别涉及一种多功能高流速的智能明渠实验系统，适用于明渠水槽中获取不同断面尺寸及更大流速范围内的层流、紊流流态，流速及流量测量，同时还可根据需求选择是否更新水源及扩大流量。
背景技术
水流运动是一种非常复杂的自然现象，对于各种作用力存在的情况和它们发展的规律，至今还没能很好掌握，水工模型试验就是仿照原体实物，按照相似的准则，缩制成模型，根据其所受的主要作用力，进行实验研究。水工模型试验中，为配合整体枢纽布置或研究某些二元水流问题，需建置明渠实验槽，借助于明渠实验槽观测水流流态，描绘或摄录实验过程中各种水流现象。然而现在相对传统比较新颖的一种具备教学效果流量数显的自循环明渠实验装置虽解决了传统的明渠实验槽的基础设施建设工程庞大、运行维护复杂且成本也较高等问题，但本身也存在诸如流速可调范围小、断面不可调、无法自动更新水源及缺乏智能监测工具等新问题。
因此，该明渠实验系统在原自循环明渠实验装置的基础上设计有可根据实验流量及流速需求来自由选择一泵供流还是两泵供流的自循环和非自循环皆可的一种高流速智能实验装置，其中自循环是指在蓄水池中提供实验所需水位后即可，实验过程中无需再补给和更新水源；而非自循环则是在实验过程中通过控制无线智能水位监控系统中的监控计算机，让服务器终端通过现场仪表发送继电器信号控制水泵通过供水管供水于蓄水池中不断补给水源，同时开启在蓄水池底部的可调放水阀门用来出流，并根据分体式流量计实时数显来控制出流，无线智能水位监控系统可远程实时监控蓄水池的水位变化且实时显示水位并根据实验要求自动补、停水。
发明内容
本发明的目的是，针对现有明渠实验装置所欠缺的问题，提供一种能获得不同断面尺寸及更大流速范围流态且能远程智能监测与调节蓄水池水位的实验系统装置。
本发明涉及的一种多功能高流速的智能明渠实验系统，由明渠实验装置、可调断面装置、无线智能水位监控系统组成。
1、明渠高流速实验装置
明渠高流速实验装置由叠梁式明渠实验装置、潜水泵、可调放水阀门等组成，可获得经过稳水、消波的高流速稳定流态，实现自动更新水源和控流。
2、可调断面装置
可调断面装置安装在明渠实验水槽中，由中隔板、中隔板撑杆、中隔板支座组成，可用来调节实验水槽宽度，为不同实验需求提供可选断面尺寸。
3、无线智能水位监控系统
无线智能水位监控系统安装在蓄水池上，由无线网络、液位变送器、数传终端、光纤、水泵、监控计算机等组成，可在远程监控电脑上实时监控并根据用户需求远程智能调节蓄水池的水位同时根据实验要求自动补、停水。
本发明具有以下优点：
1、能够实现远程实时智能观测和显示蓄水池水位变化和向蓄水池供水到达指定水位。
2、能根据用户需求自动补、停水。
3、能够实现自循环和非自循环两种实验方法，根据实验需求自由选择是否更新系统水源。
4、能够实现一泵供流或两泵供流来获得更大可调流速范围。
5、能够实现为不同实验需求改变实验水槽断面尺寸。
6、该系统精度高、稳定性好、结构简单、操作方便，对试验测试人员没有很强的技术要求。
附图说明
图1是本发明的整体组成结构示意图，图2为无线智能水位监测系统组建框架图。
附图1标记说明：
A1-稳水头部，A2-水槽进口稳水装置，A3-有机玻璃实验水槽，A4-实验水槽水位标尺，B1-中隔板，B2-中隔板撑杆，B3-中隔板支座，A5-便携式流速显示仪，A6-测点高程坐标尺，A7-旋桨式流速仪，A8-二维滑动测桥，A9-出口稳水装置，C1-尾门开度轮，C2-尾门，C3-出水漏斗，C4-分体式流量计，C5-流量总调阀，C6-流量微调阀，C7-塑胶管，C8-输水管，C9-蓄水池，D1-1号潜水泵，D2-2号潜水泵，D3-可调放水阀门，D4-无线智能水位监控系统，箭头指向为水流方向
图3是具体试验实施方式流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的技术方案进一步说明：
1、明渠高流速实验装置
该明渠高流速实验装置在原自循环明渠实验装置的基础上设计有可根据实验需求来自由选择一泵供流还是两泵供流的自循环和非自循环皆可的一种实验装置，其中自循环是指通过控制D4.无线智能水位监控系统中的现场仪表(见图2)，让现场仪表发送继电器信号控制水泵(见图2)通过供水管供水于C9.蓄水池中提供实验所需水位后开启潜水泵电源即可，实验过程中无需再补给和更新水源；而非自循环则是在实验过程中通过控制D4.无线智能水位监控系统中的现场仪表(见图2)，让现场仪表发送继电器信号控制水泵(见图2)通过供水管供水于C9.蓄水池中到指定水位后继续补给水源，同时开启在C9.蓄水池底部的D3.可调放水阀门用来出流，并根据C4.分体式流量计实时数显的稳定流量来控制出流。高流速由D1-1号潜水泵与D2-2号潜水泵同时供流来实现。
2、可调断面装置
可调断面装置安装在明渠实验水槽中，其中B1.中隔板用来收缩断面，B2.中隔板撑杆用来固定中隔板，防止其发生倾斜，B3.中隔板支座用来确定收缩尺寸大小，该整体装置通过调节实验水槽断面的宽度为不同实验需求提供可选断面尺寸。
3、无线智能水位监控系统
C9.蓄水池水位由D4.无线智能水位监控系统实时观测和智能调节。通过D4.无线智能水位监控系统中的监控计算机控制现场仪表设定所需C9.蓄水池水位，同时液位变送器会把水位变化信号通过数传终端和无线网络传送给服务器终端，待C9.蓄水池充满到指定水位后，此时将C5.流量总调阀阀门调到半开状态，然后再根据实验所要达到的流量需求选择一泵供流还是两泵供流来选择性接入D1-1号潜水泵和D2-2号潜水泵电源即可开始实验。
实验系统详细使用步骤：
1、启动
由D4.无线智能水位监控系统通过现场仪表控制水泵给C9.蓄水池供水，待C9.蓄水池充满水后，将C5.流量总调阀阀门调到半开状态，然后根据实验对流量及流速大小的需求自由选择接入D1.1号潜水泵与D2.2号潜水泵水泵电源即可；
2、流速调节与测量
由C5.流量总调阀阀门和C2.尾门共同调节断面平均流速，将A7.便携式旋桨流速仪固定在A8.二维滑动测桥上进行测量，测桥在上下游断面可移动，稳定后测读，并记录在测记表中；
3、流量调节与测量
由C5.流量总调阀和C6.流量微调阀共同调节流量，测量用C4.分体式流量计实时显示，稳定后测读；
4、尾水位调节
调节C1.尾门开度轮，可改变C2.尾门的开度来调节尾水位从而获得实验所需流态。
5、结束实验
关闭接入系统的潜水泵电源，A3.实验水槽里的水自动流向C9.蓄水池中，打开D3.可调放水阀门自动出水，待蓄水池中水放完，闭合D3.可调放水阀门即可。

Claims (1)

1.一种多功能高流速的智能明渠实验系统，其特征在于，由明渠高流速实验装置、可调断面装置、无线智能水位监控系统组成；所述明渠高流速实验装置由叠梁式自循环明渠实验装置与多水泵集合而成；所述可调断面装置由中隔板、中隔板撑杆、中隔板支座组成；所述无线智能水位监控系统由液位变送器、无线网络、服务器、监控计算机、水泵、光纤、现场仪表、继电器、蓄水池组成；该实验系统中明渠高流速实验装置集合多水泵同时供流来获得高流速流态及安装可调放水阀门结合无线智能水位监控系统来获取自循环与非自循环两种供水方式；无线智能水位监控系统能实时无线智能监测和控制蓄水池水位和自动补、停水以及根据实验要求选择是否更新系统水源；可调断面装置能为不同实验需求提供可选断面尺寸；该系统可进行流量、断面流速、水位等多功能参数的测量，同时可对不同材料、管径模型立管缓流流态演示的定性实验分析与研究提供两种可选供水方式。
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