CN107245978A - 水利模型加糙体及加糙方法 - Google Patents

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    • E02B—HYDRAULIC ENGINEERING
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    • E02B1/02—Hydraulic models

Abstract

本发明公开了水利模型加糙体及加糙方法，该加糙体包括一体成型的加糙体本体，所述加糙体本体包括若干个翅板，所有的翅板规格一致，所有的翅板的一侧边缘围绕空芯圆管熔融一体，所有的翅板围绕空芯圆管均匀分布，所述空芯圆管的高度与翅板的高度一致。该加糙方法包括（1）制作水利模型；（2）制作加糙体；（3）在水利模型中加糙。本发明，利用圆角翅板能够使水流按流线转向，减小对试验水流干扰，同时也对水流具有一定的阻力可以测定出粗糙率，模型潮位、流速与天然基本一致，模型较好地复演了天然河道水流运动规律，加糙体前后对称一致，可以在同一基准情况下，解决涨退潮或分流或汇流时模型试验的加糙问题。

Description

水利模型加糙体及加糙方法
技术领域
本发明涉及水利模型加糙体及加糙方法，属于水利模型试验技术领域。
背景技术
加糙是水利模型试验的关键技术之一，绝大多数水利模型都需要加糙才能满足水利模型的阻力相似,因此模型加糙效果的好坏直接关系着水利模型模拟的效果和精度。
水利模型常采用的加糙体有卵石、碎石、混凝土立方体、平板以及十字板等，从宏观角度来看，其适应水槽试验，起到一定的加糙效果，然对于微观机理的探讨以及研究较为欠缺，加糙体的绕流是其形成宏观阻力的最重要的微观过程，研究加糙体绕流对于认识模型加糙的微观机理有着非常重要的意义，现目前使用的加糙体存在如下几点问题，现有加糙体形态不规则，研究糙度数值无法准确定位；理论上分析粗糙率时，需要根据加糙体之间的不同布置横距以及纵距拟合糙率计算公式，现有加糙体很难很好的定位，一方面加糙体形状不规则，另一方面，现有加糙体材质也很难利用胶水粘贴固定，且胶水难以接受水流长期冲击；现有的三角形或梅花型加糙体由于其加糙体外形无法完全对称，对于涨退潮试验无法做到双向准确试验，试验适应性过于单调；现有加糙体边界为直角变化，没有流线型的圆弧倒角，易造成对试验水流的实际干扰。
发明内容
为了解决上述存在的问题，本发明公开了一种水利模型加糙体及加糙方法，其具体技术方案如下：
水利模型加糙体，包括一体成型的加糙体本体，所述加糙体本体包括若干个翅板，所有的翅板规格一致，所有的翅板的一侧边缘围绕空芯圆管熔融一体，所有的翅板围绕空芯圆管均匀分布，所述空芯圆管的高度与翅板的高度一致。
所述翅板的拐角均设置呈圆角，所述翅板的边缘均设置呈圆角边缘。
水利模型加糙方法，包括以下操作步骤：
（1）制作水利模型：根据项目工程实际规模，等比例缩放，制作水利模型，在水利模型注入水，形成水流，模拟项目工程实际水流；
（2）制作加糙体：利用3D打印机制作如权利要求2所述的水利模型加糙体；
（3）在水利模型中加糙：在水利模型中规律地固定若干个加糙体。
所述步骤（3）中通过在加糙体的空芯圆管中浇筑与水利模型相同材质的浇筑物，让其与水利模型同步凝固，进而实现加糙体与水利模型固定；
或者利用连接件将加糙体固定在水利模型中的任意面上。
在水利模型中，沿水流方向，任意相邻所述加䎭体的空芯圆管的中心间距是翅板宽度的5~10倍，沿水流方向的水平垂直方向，任意相邻所述加䎭体的空芯圆管的中心间距是翅板宽度的10~30倍。
所述加䎭体的高度为水利模型中水深的1/10~1/20。
所述加䎭体的翅板的宽度是水利模型中河宽的1/20~1/60。
所述加䎭体翅板的宽度是翅板长度的1/5~1/6。
所述加䎭体的翅板长度是翅板高度的3/4~5/4。
本发明的有益效果是：
本发明采用空芯圆管，可以很轻松的利用钢钉等将其固定于混凝土表面，或者往空芯内灌入水泥使其与混凝土河床同材同质坚固连接，适用于加糙体与非相同材质模型的连接，利用圆角翅板能够使水流按流线转向，减小对试验水流干扰，同时也对水流具有一定的阻力可以测定出粗糙率，模型潮位、流速与天然基本一致，模型较好地复演了天然河道水流运动规律，加糙体前后对称一致，可以在同一基准情况下，解决涨退潮或分流或汇流时模型试验的加糙问题。
附图说明
图1是本发明的结构示意图，
附图标记列表：1-空芯圆管；2-翅板。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明。应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
图1是本发明的结构示意图，结合附图可见，本水利模型加糙体，包括一体成型的加糙体本体，所述加糙体本体包括若干个翅板，所有的翅板规格一致，所有的翅板的一侧边缘围绕空芯圆管熔融一体，所有的翅板围绕空芯圆管均匀分布，所述空芯圆管的高度与翅板的高度一致。本发明在使用时，可以将若干个加糙体规律摆布在水利模型中，形成加糙系数固定的加糙体系，便于模拟实验的研究。
所述翅板的拐角均设置呈圆角，所述翅板的边缘均设置呈圆角边缘。圆角减少水流局部湍流，平缓加糙。
水利模型加糙方法，包括以下操作步骤：
（1）制作水利模型：根据项目工程实际规模，等比例缩放，制作水利模型，在水利模型注入水，形成水流，模拟项目工程实际水流；
（2）制作加糙体：利用3D打印机制作如权利要求2所述的水利模型加糙体；
（3）在水利模型中加糙：在水利模型中规律地固定若干个加糙体。
所述步骤（3）中通过在加糙体的空芯圆管中浇筑与水利模型相同材质的浇筑物，让其与水利模型同步凝固，进而实现加糙体与水利模型固定；或者利用连接件将加糙体固定在水利模型中的任意面上。加糙体与水利模型的侧壁或底面垂直固定，在水流中保持不动。
在水利模型中，沿水流方向，任意相邻所述加䎭体的空芯圆管的中心间距是翅板宽度的5~10倍，沿水流方向的水平垂直方向，任意相邻所述加䎭体的空芯圆管的中心间距是翅板宽度的10~30倍。根据水利模型的不同规格，选用匹配大小的加糙体，同时满足加糙体的规格和相邻加糙体的间距排布，即可实现可知的加糙系数，便于参数可控的水利模拟实验。
作为本发明的具体实施例：所述加䎭体的高度为水利模型中水深的1/10~1/20。所述加䎭体的翅板的宽度是水利模型中河宽的1/20~1/60。所述加䎭体翅板的宽度是翅板长度的1/5~1/6。所述加䎭体的翅板长度是翅板高度的3/4~5/4。在上述参数范围内，任意组合，得到不同的加糙系数，加糙系数（曼宁系数）范围:0.01~0.04，便于研究。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述技术手段所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (9)

1.水利模型加糙体，其特征在于包括一体成型的加糙体本体，所述加糙体本体包括若干个翅板，所有的翅板规格一致，所有的翅板的一侧边缘围绕空芯圆管熔融一体，所有的翅板围绕空芯圆管均匀分布，所述空芯圆管的高度与翅板的高度一致。
2.根据权利要求1所述的水利模型加糙体，其特征在于所述翅板的拐角均设置呈圆角。
3.水利模型加糙方法，其特征在于包括以下操作步骤：
（1）制作水利模型：根据项目工程实际规模，等比例缩放，制作水利模型，在水利模型注入水，形成水流，模拟项目工程实际水流；
（2）制作加糙体：利用3D打印机制作如权利要求2所述的水利模型加糙体；
（3）在水利模型中加糙：在水利模型中规律地固定若干个加糙体。
4.根据权利要求3所述的水利模型加糙方法，其特征在于所述步骤（3）中通过在加糙体的空芯圆管中浇筑与水利模型相同材质的浇筑物，让其与水利模型同步凝固，进而实现加糙体与水利模型固定；
或者利用连接件将加糙体固定在水利模型中的任意面上。
5.根据权利要求4所述的水利模型加糙方法，其特征在于在水利模型中，沿水流方向，任意相邻所述加䎭体的空芯圆管的中心间距是翅板宽度的5~10倍，沿水流方向的水平垂直方向，任意相邻所述加䎭体的空芯圆管的中心间距是翅板宽度的10~30倍。
6.根据权利要求5所述的水利模型加糙方法，其特征在于所述加䎭体的高度为水利模型中水深的1/10~1/20。
7.根据权利要求6所述的水利模型加糙方法，其特征在于所述加䎭体的翅板的宽度是水利模型中河宽的1/20~1/60。
8.根据权利要求7所述的水利模型加糙方法，其特征在于所述加䎭体翅板的宽度是翅板长度的1/5~1/6。
9.根据权利要求8所述的水利模型加糙方法，其特征在于所述加䎭体的翅板长度是翅板高度的3/4~5/4。
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