CN107402115B - 一种便携式粒子播撒的装置及自动播撒方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种便携式粒子播撒装置及自动播撒方法，该装置用于实验水槽，在实验水槽上设有箱体，箱体上安装有电机基座，电机基座上安装有若干个电机，电机与电机轴连接，电机轴穿过箱体底部与旋转板连接，在箱体底部以电机轴为圆心圆周分布有若干个第一下漏圆孔，在旋转板上以电机轴为圆心圆周分布有若干个第二下漏圆孔，箱体内的示踪粒子从第一下漏圆孔和第二下漏圆孔中进入到实验水槽中，所述电机通过流速信号转换仪与对应的旋桨式流速仪连接。本发明的一种便携式粒子播撒装置，只需要单人操作就可以，而且不需要工作人员长时间手工操作。
Description
技术领域
本发明涉及便携式粒子播撒的装置及自动播撒方法，属于水工河工模型技术领域。
背景技术
河工模型试验是运用河流动力学知识，根据水流和泥沙运动力学相似原理，模拟与原型相似的边界条件和动力学条件，研究河流在天然河流情况下或在有水工建筑物的情况下水流结构、河床演变过程和工程方案效果的一种方法。
我国河流上建有越来越多的大、中型水利工程，如长江三峡、南水北调、防洪与河道整治等工程，以及各种港口码头、航道、取排水设施、滩涂开发利用等。河工模型试验可以模拟一定的空间与时间范围内天然河流的某些演变过程或预测修建工程后的发展趋势。因此，近一个世纪以来，这种解决工程问题的手段越来越多地被加以利用，模型试验的理论与技术也得到了一定的发展。
河工模型中常用的测量流场的设备是粒子图像测速法，是七十年代末发展起来的一种瞬态、多点、无接触式的流体力学测速方法。近几十年来得到了不断完善与发展，粒子图像测速法技术的特点是超出了单点测速技术的局限性，能在同一瞬态记录下大量空间点上的速度分布信息，并可提供丰富的流场空间结构以及流动特性。粒子图像测速法速度测量都依赖于散布在流场中的示踪粒子，粒子图像测速法测速都是通过测量示踪粒子在已知很短时间间隔内的位移来间接地测量流场的瞬态速度分布。若示踪粒子有足够高的流动跟随性，示踪粒子的运动就能够真实地反映流场的运动状态。因此示踪粒子的播撒非常重要，其可能会影响实验的效果。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种便携式粒子播撒的装置及自动播撒方法，只需要单人操作就可以，而且不需要工作人员长时间手工操作。
技术方案：为实现上述目的，本发明的便携式粒子播撒装置，包括实验水槽，所述实验水槽上设有箱体，所述箱体上安装有电机基座，电机基座上安装有若干个电机，电机与电机轴连接，电机轴穿过箱体底部与旋转板连接，在箱体底部以电机轴为圆心圆周分布有若干个第一下漏圆孔，在旋转板上以电机轴为圆心圆周分布有若干个第二下漏圆孔，箱体内的示踪粒子从第一下漏圆孔和第二下漏圆孔中进入到实验水槽中，所述电机通过流速信号转换仪与对应的旋桨式流速仪连接。
作为优选，所述箱体外壁上安装有滑竿，在滑竿上套有固定器，旋桨式流速仪安装在固定器上。
作为优选，所述第一下漏圆孔直径为D1，第二下漏圆孔的直径为D2,其中D2≥D1+0.5mm。
作为优选，所述箱体的下表面与旋转板上表面的间隙不大于0.5mm。
一种上述便携式粒子播撒装置的自动播撒方法，包括以下步骤：
(1)通过布置在箱体外侧的旋桨式流速仪测量同一断面上不同部位水流的流速；
(2)旋桨式流速仪测量的流速输入到流速信号转换仪中，通过转换器将流速信号转换为电流信号；
(3)流速信号转换仪与电机相连，将电流信号输入到电机中，电机转动时使得粒子储存箱底板的第一下漏圆孔与旋转板上的第二下漏圆孔重合，从而完成粒子的播撒。
在使用本发明进行测量之前，将粒子储存箱安置在需要播撒粒子的区域，将电机基座穿过粒子储存箱侧板的预留孔，并且用固定螺栓将基座固定。然后将电机通过锁紧爪固定在电机基座上；通过旋转板固定器将旋转板固定在电机的转轴上，且旋转板和底板之间的距离不应该超过粒子的高度。电机转轴的中心轴线应该通过底板上的O点，且保持垂直。待旋转板安装完成后，可以向粒子储存箱中添加粒子。将旋桨式流速仪固定在粒子箱外侧，按照规范将流速仪放置在测量位置，然后将旋桨式流速仪和流速号转换器连接；最后将电机和流速号转换器连接。
在本发明中，可以根据测量旋转板的转速N来决定转换器输出电流的大小。转速通过一下方法测得：
1)将示踪粒子放入粒子储存箱
2)旋桨流速仪测量水流速度V，输入流速信号转换器；
3)粒子通过小孔下漏，落至水面的时间为T，从粒子下漏到与水流具有相同速度的时间为Δt，两个粒子间隔距离不少于L,L大于0.05m；
L＝(Δt-T)×V
则
根据两个粒子运动时间间隔Δt，确定旋转板转速N最大不超过1/(6Δt)，即：
Nmax<1/6(/V+T)
以上公式，各变量的单位如下：V为米/秒，T为秒，Δt为秒，L为米，N为转/秒。
有益效果：本发明具有以下优点：
1、本发明具有很强的便携性。河工模型上往往需要在不同的控制断面上进行粒子的播撒，而且在试验场地环境比较复杂，不适合大型机械进入，这就需要粒子播撒装置具有很强的机动性，可以单人携带操作。
2、可以节省人力物力。一般的河工模型上的粒子播撒要占用专门几位人员，在播撒的时候需要工作人员手工播撒，而且要长时间工作，对工作人员的体力要求很大。本发明只需要单人操作就可以，而且不需要工作人员长时间手工操作。
3、播撒均匀。一般的播撒方式粒子会造成粒子抱团，分布不均匀的现象，对于实验有很不利的影响。本发明在播撒粒子时，由于粒子储存箱底部的若干圆形小孔，所以播撒的粒子分布均匀，会随着水流自由运动，反映出水流结构。
4、节约时间。传统的播撒方式播撒粒子需要较长时间，而本发明会根据水流流速自动播撒粒子，节约时间，对工作人员的体力消耗极小。
附图说明
图1为便携式粒子播撒方法步骤示意图。
图2为便携式粒子播撒装置的结构示意图。
图3为便携式粒子播撒装置的俯视示意图。
图4为粒子储存箱底板圆孔布置。
图5为旋转板圆孔布置图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如图2至图5所示，本发明的便携式粒子播撒装置，包括实验水槽1，所述实验水槽1上设有箱体3，箱体3的材质为PVC材料，所述箱体3上安装有电机基座11，电机基座11通过螺栓15固定在箱体上，电机基座11上通过锁紧爪16安装有若干个电机5，电机5与电机轴4连接，电机轴4穿过箱体底部2与旋转板8连接，旋转板8通过旋转板固定器12安装在电机轴4末端，在箱体底部2以电机轴4为圆心圆周分布有若干个第一下漏圆孔9，在旋转板8上以电机轴4为圆心圆周分布有若干个第二下漏圆孔10，箱体3内的示踪粒子从第一下漏圆孔9和第二下漏圆孔10中进入到实验水槽1中，所述电机5通过流速信号转换仪7与对应的旋桨式流速仪6连接，流速信号转换仪7为中国台湾立绅RiXEN水流信号转换器MiniWater型。
在本发明中，所述箱体3外壁上安装有滑竿17，在滑竿17上套有固定器13，旋桨式流速仪6安装在固定器13上，通过固定器13，可以移动旋桨式流速仪6到指定位置。所述第一下漏圆孔9直径为D1，第二下漏圆孔10的直径为D2,其中D2≥D1+0.5mm。第一下漏圆孔9以O点为圆心，每隔60度布置一个圆孔，共布置三圈。旋转板8上的第二下漏圆孔10以O’点为圆心，每隔60度布置一个圆孔，共布置三圈，当旋转板8每旋转60度就会与粒子储存箱底板圆孔重合。所述箱体3的下表面与旋转板8上表面的间隙不大于0.5mm，止粒子通过空隙下漏，造成播撒粒子不均匀的现象。
如图1所示，一种上述便携式粒子播撒装置的自动播撒方法，包括以下步骤：
(1)通过布置在箱体3外侧的旋桨式流速仪6测量同一断面上不同部位水流的流速；
(2)旋桨式流速仪6测量的流速通过导线14输入到流速信号转换仪中，通过转换器将流速信号转换为电流信号；
(3)流速信号转换仪与电机5相连，将电流信号输入到电机5中，电机5转动时使得粒子储存箱底板的第一下漏圆孔9与旋转板8上的第二下漏圆孔10重合，从而完成粒子的播撒。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种便携式粒子播撒装置，安装在实验水槽上，其特征在于：在实验水槽上设有箱体，箱体上安装有电机基座，电机基座上安装有若干个电机，电机与电机轴连接，电机轴穿过箱体底部与旋转板连接，在箱体底部以电机轴为圆心圆周分布有若干个第一下漏圆孔，在旋转板上以电机轴为圆心圆周分布有若干个第二下漏圆孔，箱体内的示踪粒子从第一下漏圆孔和第二下漏圆孔中进入到实验水槽中，所述电机通过流速信号转换仪与对应的旋桨式流速仪连接。
2.根据权利要求1所述的便携式粒子播撒装置，其特征在于：所述箱体外壁上安装有滑竿，在滑竿上套有固定器，旋桨式流速仪安装在固定器上。
3.根据权利要求1所述的便携式粒子播撒装置，其特征在于：所述第一下漏圆孔直径为D1，第二下漏圆孔的直径为D2,其中D2≥D1+0.5mm。
4.根据权利要求1所述的便携式粒子播撒装置，其特征在于：所述箱体的下表面与旋转板上表面的间隙不大于0.5mm。
5.一种如权利要求1至4任一项所述便携式粒子播撒装置的自动播撒方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)通过布置在箱体外侧的旋桨式流速仪测量同一断面上不同部位水流的流速；
(2)旋桨式流速仪测量的流速输入到流速信号转换仪中，通过转换器将流速信号转换为电流信号；
(3)流速信号转换仪与电机相连，将电流信号输入到电机中，电机转动时使得粒子储存箱底板的第一下漏圆孔与旋转板上的第二下漏圆孔重合，从而完成粒子的播撒。
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