CN108225725A - 一种水击试验系统与试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水击试验系统与试验方法，包括水击发生机构、回水机构、控制机构和实验台，水击发生机构布置在实验台上，与回水机构连接从而使水流循环，水击发生机构包括供水水箱、水流速度调节装置、实验水管和水阀，水流速度调节装置安装在供水水箱与实验水管连接处，实验水管上布设有若干传感器；回水机构使水流回供水水箱，实现水流循环，实验水管或回水水管处设置有pH值调节装置；控制器机构接收传感器采集的数据，生成水压或/和流速云图，确定流速、温度和/或pH值对水击的不同影响。

Description

一种水击试验系统与试验方法

技术领域

本发明涉及一种水击试验系统与试验方法。

背景技术

水击是在有压管道中，由于液体流速的急剧改变，从而造成瞬时压强大幅度波动的现象。管道中闸门急剧关闭，输水管水泵突然停机，水轮机启闭导水叶，室内卫生用具关闭水龙头，都会产生水击。水击现象发生时，压力会突然急剧升高，使管壁材料突然承受很大应力，严重时甚至会引起管道变形甚至爆裂；压力的反复变化，会引起管道和设备的振动，时间久了会造成管道及设备的损坏。在现实生活中，水击现象会普遍存在并对我们的生活产生影响，因而具有很高的研究价值。

现今存在的水击试验仪器存在诸多不足。首先，仪器较为笨重，需要依托水龙头供水，对水的浪费较为严重；另外，水击现象发生时未能测得整个管壁的实时水压，不能定量分析管壁水压变化规律；其次，水压和水流流速的数据不能实时进行分析和处理，需要人工读数和记录，测量误差较大；而且，现存水击试验装置的数据可视化程度太低；还有，现存水击试验仪器所能控制的变量较少，无法分别探究温度、流速、流体pH值等因素对水击试验结果的影响。

针对上述问题，亟需一种便捷灵活的水击试验仪器，使操作简化，记录的数据更为准确，处理数据更为方便，数据可视化程度高且可以分别探究多个变量对水击的影响。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种水击试验系统与试验方法，本发明操作简单，数据量测准确，有多个可控变量且可视化程度高。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种水击试验系统，包括水击发生机构、回水机构、控制机构和实验台，水击发生机构布置在实验台上，与回水机构连接从而使水流循环，其中：

所述水击发生机构包括供水水箱、水流速度调节装置、实验水管和水阀，水流速度调节装置安装在供水水箱与实验水管连接处，实验水管上布设有若干传感器；

所述回水机构包括集水水箱、回水水管和水泵，回水水管将集水水箱、水泵和供水水箱连接在一起，水泵使集水水箱中的水流回供水水箱，实现水流循环，所述实验水管或回水水管处设置有pH值调节装置；

所述控制器机构接收传感器采集的数据，生成水压或/和流速云图，确定流速、温度和/或pH值对水击的不同影响。

进一步的，实验水管利用高强度透明钢化玻璃制作而成，其上开有小孔，用以布设水压/流速传感器。

更进一步的，水压/流速传感器等间距布设于水击发生机构的实验水管上。

进一步的，所述pH值调节装置设置处设置有pH值传感器。

进一步的，所述供水水箱内设置有加热装置和温度传感器，调节供水温度。

进一步的，所述水压/流速传感器、温度传感器和pH值传感器均连接至中继器，中继器将数据收集后传到处理器上，进行数据的记录、分析与处理。

基于上述系统的工作方法，将供水水箱中注满水，调整水流速度调节装置3，使实验水管中产生一定速度的水流，突然关闭水阀，使实验水管中产生水击现象，根据探究实验的目的，分别调节加热装置、水流速度调节装置或者pH值调节装置，使实验水管中产生不同温度、流速或者pH值的流体，探究不同温度、流速或pH值对水击的影响。

更进一步的，对水流速度的研究，生成水压/流速云图。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1)本发明用在整个管壁上布设传感器，可实现对管道范围的水流流速和水压的实时监控及准确测量；

2)本发明可分别控制流速、温度和pH值为单一变量，研究其对于水击的不同影响；

3)试验装置与PC端相连，可以实时记录和分析实验数据，并可在PC端利用编程语言(如：Python、MATLAB)或其它后处理平台生成水压/流速云图，可视化程度高；

4)本发明结构简单设计巧妙，能够实现水流的循环，可节约用水，提高实验便捷性。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本发明整体结构示意图；

图2为本发明的中继器示意图；

图3为本发明的流程图；

其中，1—加热装置；2—供水水箱；3—水流速度调节装置；4—实验水管；5—水泵；6—pH值调节装置；7—回水水管；8—中继器；9—水压/流速传感器；10—水阀；11—实验台；12—集水水箱；13—放水水阀；14—USB接口；15—传感器接口；16a—电源指示灯；16b—传感器指示灯；16c—USB指示灯；17—电源开关按钮；18—电源接口。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在本发明中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本发明各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本发明中任一部件或元件，不能理解为对本发明的限制。

本发明中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本发明中的具体含义，不能理解为对本发明的限制。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在水击试验仪器较为笨重，需要依托水龙头供水，对水的浪费较为严重、试验数据不能实时分析和处理，数据测量误差较大，且数据可视化程度太低，可控试验变量太少的不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种水击实验系统，包括水击发生机构、回水机构、控制机构和实验台，水击发生机构布置在实验台上，与回水机构连接从而使水流循环。

所述水击发生机构包括供水水箱、水流速度调节装置、实验水管和水阀，水流速度调节装置安装在供水水箱与实验水管连接处；实验水管利用高强度透明钢化玻璃制作而成，其上开有小孔，用以布设传感器。

所述回水机构包括集水水箱、回水水管和水泵。回水水管将集水水箱、水泵和供水水箱连接在一起；水泵能使集水水箱中的水流回供水水箱，使水流能够循环。

控制机构包括传感器、中继器、加热装置和pH值调节装置。传感器等间距布设于水击发生机构的实验水管上；加热装置布设于水箱内，内设温度传感器；pH值调节装置布设于上水管上，内设pH值传感器。各种传感器的另一端均与中继器连接，中继器将数据收集后传到PC上，进行数据的记录、分析与处理。在PC端可基于编程语言或其他后处理平台，将传感器收集到的数据生成水压/流速云图，提高数据的可视化程度，便于进行数据分析处理。优选的，编程语言可以是Python。

如图1所示，一种水击实验系统，包括水击发生机构、回水机构、控制机构和实验台。

水击发生机构包括加热装置1、供水水箱2、水流速度调节装置3、实验水管4和水阀10，水流速度调节装置2可以控制实验水管中产生不同流速的水流；实验水管4上开的小孔用以布设水压/流速传感器9；水阀10的启闭控制实验水管是否通水，在水流动时快速关闭水阀可发生水击。

回水机构包括集水水箱12、回水水管7和水泵5，集水水箱12接住从水击发生机构的实验水管中流出的水，集水水箱底部连接一根回水水管，水泵5与回水水管7连接，将水泵入水击发生机构的水箱中，实现水流的循环。

控制机构包括水压/流速传感器9、中继器8、加热装置1和pH值调节装置6。布置在实验水管上的水压/流速传感器9用以实时感应水压/流速；加热装置布设于水箱内，内设温度传感器，用于实施感知温度；pH值调节装置布设于上水管上，内设pH值传感器，用于实时感知pH值。

传感器收集到的数据由中继器收集并传送至PC进行数据分析与处理。在PC端可基于编程语言或其他后处理平台，将传感器收集到的数据生成水压/流速云图，使试验数据的可视化程度更高，更清晰易读。优选的编程语言可以使Python。

如图2所示，中继器8包括USB接口14、传感器接口15、电源开关按钮17；电源接口18和指示灯16。中继器内置可充电电池，当电源开启时，指示灯16a亮红色，当电源接口连接电源时，可给电池充电，此时指示灯16a亮绿色；当传感器连接时，指示灯16b亮；当USB接口与电脑连接时指示灯16c亮。

一种水击试验系统与试验方法，具有如下使用方法：

A.将水压/流速传感器9与中继器8连接，并将中继器8与电脑连接以实时记录和分析数据。

B.将供水水箱2中注满水，调整水流速度调节装置3，使实验水管4中产生一定速度的水流，突然关闭水阀10，使实验水管中产生水击现象。

C.根据探究实验的目的，可分别调节加热装置1、水流速度调节装置3或者pH值调节装置6，使实验水管中产生不同温度、流速或者不同pH值的流体，重复上述步骤，以探究不同温度、流速或pH值对水击的影响。

D.在实验过程中，从实验水管中流出的水被集水水箱12收集，水流再通过水泵5和回水水管7回到供水水箱2中；水压/流速传感器9可实时准确地记录水流流速和水压等数据，试验数据由中继器收集，再传到PC端。

E.在PC端可利用编程语言(如：Python、MATLAB)或其它后处理平台生成水压/流速云图，提高数据的可视化程度，并能方便进行数据的分析和处理。

F.当实验结束时，可以将放水水阀13打开，将水全部放掉。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (9)

1.一种水击试验系统，其特征是：包括水击发生机构、回水机构、控制机构和实验台，水击发生机构布置在实验台上，与回水机构连接从而使水流循环，其中：

所述水击发生机构包括供水水箱、水流速度调节装置、实验水管和水阀，水流速度调节装置安装在供水水箱与实验水管连接处，实验水管上布设有若干传感器；

所述回水机构回收水流并输送至供水水箱，实现水流循环，所述实验水管或回水机构处设置有pH值调节装置；

所述控制器机构接收传感器采集的数据，生成水压或/和流速云图，确定流速、温度和/或pH值对水击的不同影响。

2.如权利要求1所述的一种水击试验系统，其特征是：实验水管利用高强度透明钢化玻璃制作而成，其上开有小孔，用以布设水压/流速传感器。

3.如权利要求2所述的一种水击试验系统，其特征是：水压/流速传感器等间距布设于水击发生机构的实验水管上。

4.如权利要求1所述的一种水击试验系统，其特征是：所述pH值调节装置设置处设置有pH值传感器。

5.如权利要求1所述的一种水击试验系统，其特征是：所述供水水箱内设置有加热装置和温度传感器，调节供水温度。

6.如权利要求1所述的一种水击试验系统，其特征是：所述水压/流速传感器、温度传感器和pH值传感器均连接至中继器，中继器将数据收集后传到处理器上，进行数据的记录、分析与处理。

7.如权利要求1所述的一种水击试验系统，其特征是：所述回水机构包括集水水箱、回水水管和水泵，回水水管将集水水箱、水泵和供水水箱连接在一起，水泵使集水水箱中的水流回供水水箱，实现水流循环。

8.基于如权利要求1-7中任一项所述的系统的工作方法，其特征是：将供水水箱中注满水，调整水流速度调节装置，使实验水管中产生一定速度的水流，突然关闭水阀，使实验水管中产生水击现象，根据探究实验的目的，分别调节加热装置、水流速度调节装置或者pH值调节装置，使实验水管中产生不同温度、流速或者pH值的流体，探究不同温度、流速或pH值对水击的影响。

9.如权利要求8所述的工作方法，其特征是：对水流速度的研究，生成水压/流速云图。