CN108330899B - 河工模型试验封闭式侧向对称喇叭口进水方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了河工模型试验封闭式侧向对称喇叭口进水方法，包括：步骤1：制作封闭式进水箱；步骤2：固化浇筑；步骤3：储水；步骤4：给进水箱上水；步骤5：对冲消能，模拟水流。本发明能够模拟更加平稳，相对无加速度的水流，试验效果更准确。

Description

河工模型试验封闭式侧向对称喇叭口进水方法

技术领域

本发明涉及河工模型试验封闭式侧向对称喇叭口进水方法，属于河工模型试验技术领域。

背景技术

水箱供水是河工模型试验的关键技术之一，任何一项河工模型试验都需要供水才能进行相关试验,因此模型试验进水箱直接关系着河工模型模拟的能否正常进行。

河工模型试验时，若直接将管道接入模型河床，将会严重干扰河道实际的水位流速等水动力参数，同样也会对河道形成冲刷，直接导致模型试验不能正常进行。在正常模型试验中，上游会保持缓慢溢出或接近无流速的均匀流，同时需要消除因管道进水而产生的波浪、大范围的紊动，使得水位流速等水动力参数接近原型河道的实际状况。在现实模型试验中供水也有采取进水箱，而部分进水箱因管道入流具有较大流速的影响，在进入模型河道时，仍然具有较大动能，尤其对上游湖泊模拟的水位产生较大影响。在现实模型试验中，大部分为大流量试验，大流量通常通过管径较小的管道产生较大流速，难以避免模型试验入流具有较大动能，而消能成为一个较大的问题。

水质型模型试验，在考虑到水动力符合要求的同时也要考虑水质的要求。在现实试验中，河工模型试验使用的是循环利用的水，水泵将水库的水抽进进水箱，水流从出水孔进入模型河道，当水流出下游通过管道重新进入水库，构成水的循环利用。而在模型试验中，不可避免的会形成人为的或非人为的水质污染，尤其是开敞式进水箱，较大的水动力和较大的水面加强了水体与外接物质的交换，增加了水体污染物质浓度，会使得模型试验的结果出现错误。尤其当进水量较大，流速较快时，空气脉动较强，在出水孔结构难以调节进水箱内的气压时，会使得箱体遭受气压破坏。

发明内容

为了解决上述存在的问题，本发明公开了一种河工模型试验封闭式侧向对称喇叭口进水方法，其具体技术方案如下：

河工模型试验封闭式侧向对称喇叭口进水方法，包括以下操作步骤：

步骤1：制作封闭式进水箱：选取6块箱板和3~5块消能网板，该6块箱板的规格两两相同，且能够组装形成矩形体形状的进水箱，其中一块箱板开设有若干个出水孔，用作进水箱的出水侧面板，与出水侧面板规格一致的箱板为背水侧面板，进水箱横跨摆放在模拟河道的端部，出水侧面板朝向模拟河道的下游，出水侧面板的长度与模拟河道的宽度一致，进水箱的长度方向的两端为侧向板，刚好卡紧在模拟河道中，两块侧向板均开设有进水孔，进水孔中连接有进水管，进水管与进水孔连接端连接有喇叭管，喇叭管的小口端与进水管连接，大口端与进水孔固定，进水箱与模拟河道底部贴紧的一面为底板，进水箱的顶部为上面板，3~5块消能网板与出水侧面板平行布置在进水箱内，相邻的消能网板之间，以及消能网板与出水侧面板和背水侧面板之间均预留有空隙；

步骤2：固化浇筑：通过水准仪，将安置进水箱的位置进行固化浇筑，使得进水箱的地面在同一水平高度，同时固化地面使得进水箱在箱内紊动情况下也能始终保持在同一高程，不产生位置下降；

步骤3：储水：将地下水库内的水通过大流量泵站将其提到试验大厅房顶的大型稳定水位的水池，水池靠近顶部位置设置有回流管，若水位超过水池的回流管，水将会溢流重新回到水库；

步骤4：给进水箱上水：从步骤3所述的大型稳定水位的水池进行接管取水，下游通过闸阀进行控制水的开关，通过流量计控制试验所需流量，通过三通管件进行分流，将来水分成两路分别通过侧面接入进水管道；

步骤5：对冲消能：当水流通过进水管进入水箱后，经过相对的进水孔中流出，对冲消能，消除部分能量，同时再通过3~5道消能网板进一步增强消能，使得翻滚紊动的水流迅速降低为接近恒定流形式的低流速从出水孔流出，流到模拟河道中，模拟水流。

所述步骤1中上面板靠近拐角位置开设有透气孔，在消能网板上开通若干个孔和若干个穿孔，使得孔均匀分布满整面消能网板。

所述透气孔中竖直固定有承压井。

所述承压井有两个，分别位于上面板的一组对角线上靠近两个拐角处，或者承压井有四个，分别位于上面板的靠近四个拐角位置。

所述步骤1中进水箱下方的模拟河道为无沉降的模拟河道。

所述步骤1中进水箱内设置有横向拉力板和三角支撑板，横向拉力板的两端分别固定在进水箱的出水侧面板和背水侧面板，横向拉力板从消能网板的穿孔中穿过，三角支撑板固定在进水箱的底部四周，连接进水箱竖直的侧板和底板。

所述步骤4中进水箱两侧的进水管分别连接到一个三通管的出水口，三通管的两个出水口的口径一致，三通管的进水口连接大型稳定水位的水池。

所述进水管设置有阀门，阀门与进水孔之间设置有电磁流量计或者超声波流量计。

本发明的有益效果是：

本发明能够模拟更加平稳，相对无加速度的水流，试验效果更准确。

本发明，避免了在河工模型试验大流量和高强度紊动造成箱内气压的骤变，使得箱体结构不遭受气压破坏的同时也能够保护箱内水体的洁净，使得模型水质符合要求，并且不遭受外界的污染。

本发明，通过阀门和电磁流量计或者超声波流量计即时监测进水管中的水流量，控制两个进水管的水流量一致，从进水箱的两端同时进水，相对消能，水在进水箱中能匀速流出，模拟无加速度的水流。

附图说明

图1是本发明的纵向截面结构示意图，

图2是本发明的整体结构示意图，

图3是本发明的喇叭口的结构示意图，

图4是本发明的消能网板的结构示意图，

附图标记列表：1-侧向板；2-出水侧面板；3-背水侧面板；4-底板；5-上面板；6-横向拉力板；7-三角支撑板；8-进水孔；9-上出水孔；10-下出水孔；11-承压井；12-喇叭口；13-进水管道；14-消能网板。

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是本发明的纵向截面结构示意图，图2是本发明的整体结构示意图，图3是本发明的喇叭口的结构示意图，图4是本发明的消能网板的结构示意图，附图标记列表：1-侧向板；2-出水侧面板；3-背水侧面板；4-底板；5-上面板；6-横向拉力板；7-三角支撑板；8-进水孔；9-上出水孔；10-下出水孔；11-承压井；12-喇叭口；13-进水管道；14-消能网板。

本河工模型试验封闭式侧向对称喇叭口进水方法，包括以下操作步骤：

步骤1：制作封闭式进水箱：选取6块箱板和3~5块消能网板，该6块箱板的规格两两相同，且能够组装形成矩形体形状的进水箱，其中一块箱板开设有若干个出水孔，用作进水箱的出水侧面板，与出水侧面板规格一致的箱板为背水侧面板，进水箱横跨摆放在模拟河道的端部，出水侧面板朝向模拟河道的下游，出水侧面板的长度与模拟河道的宽度一致，进水箱的长度方向的两端为侧向板，刚好卡紧在模拟河道中，两块侧向板均开设有进水孔，进水孔中连接有进水管，进水管与进水孔连接端连接有喇叭管，喇叭管的小口端与进水管连接，大口端与进水孔固定，进水箱与模拟河道底部贴紧的一面为底板，进水箱的顶部为上面板，3~5块消能网板与出水侧面板平行布置在进水箱内，相邻的消能网板之间，以及消能网板与出水侧面板和背水侧面板之间均预留有空隙；

步骤2：固化浇筑：通过水准仪，将安置进水箱的位置进行固化浇筑，使得进水箱的地面在同一水平高度，同时固化地面使得进水箱在箱内紊动情况下也能始终保持在同一高程，不产生位置下降；

步骤3：储水：将地下水库内的水通过大流量泵站将其提到试验大厅房顶的大型稳定水位的水池，水池靠近顶部位置设置有回流管，若水位超过水池的回流管，水将会溢流重新回到水库；

步骤4：给进水箱上水：从步骤3所述的大型稳定水位的水池进行接管取水，下游通过闸阀进行控制水的开关，通过流量计控制试验所需流量，通过三通管件进行分流，将来水分成两路分别通过侧面接入进水管道；

步骤5：对冲消能：当水流通过进水管进入水箱后，经过相对的进水孔中流出，对冲消能，消除部分能量，同时再通过3~5道消能网板进一步增强消能，使得翻滚紊动的水流迅速降低为接近恒定流形式的低流速从出水孔流出，流到模拟河道中，模拟水流。

所述步骤1中上面板靠近拐角位置开设有透气孔，在消能网板上开通若干个孔和若干个穿孔，使得孔均匀分布满整面消能网板。消能网板能够消除水流中的部分能量，让水流更加平缓。

所述透气孔中竖直固定有承压井。承压井用于给进水箱内提供通气通道，使得进水箱内水面上方的压强与外界压强一致。

所述承压井有两个，分别位于上面板的一组对角线上靠近两个拐角处，或者承压井有四个，分别位于上面板的靠近四个拐角位置。

所述步骤1中进水箱下方的模拟河道为无无沉降的模拟河道。确保在试验过程中，模拟河道不会下沉，试验过程变化参数减少，试验结果可靠。

所述步骤1中进水箱内设置有横向拉力板和三角支撑板，横向拉力板的两端分别固定在进水箱的出水侧面板和背水侧面板，横向拉力板从消能网板的穿孔中穿过，三角支撑板固定在进水箱的底部四周，连接进水箱竖直的侧板和底板。横向拉力板和三角支撑板提高进水箱的稳固强度。

所述步骤4中进水箱两侧的进水管分别连接到一个三通管的出水口，三通管的两个出水口的口径一致，三通管的进水口连接大型稳定水位的水池。通过三通管分流水路，简化水路，同时确保进入进水箱的两路水路的水量一致。

所述进水管设置有阀门，阀门与进水孔之间设置有电磁流量计或者超声波流量计。通过电磁流量计或者超声波流量计监测水流量，便于试验参数控制。

下面举一个具体实施例：

准备2块长4m宽1.5m的塑料压缩板作为图中2和3的出水侧面板和背水侧面板，准备2块长1.5m宽1m的塑料压缩板作为图中1侧向板，准备2块长4m宽1m的塑料压缩板作为图中4底板和5上面板，准备3~5块4m宽1.5m的塑料压缩板作为图4中消能网板，准备5块长1m宽20cm的塑料压缩板作为图1中横向拉力板，准备44（4个长直角边分别9块，4个短直角边分别2块）块直角边长为30cm的等边三角板作为图1中三角支撑板，2块制作图3中喇叭口的塑料压缩板及1块长50cm直径为5cm的塑料压缩管。

对各个板面进行加工：图中1在所开孔径为30cm，下边缘离底板30cm，孔口靠近背水侧面板侧距离为10cm。图1中所开出水孔孔径为2.5cm，在横向及纵向的孔心距离为7cm，其中在横向拉力板、三角支撑板及其他形式的焊接面板周边2cm内不设孔。图中上面板在边角处孔心设离两边的距离为10cm直径为5cm的圆孔。图中横向拉力板通过电容焊接连接出水侧面板和背水侧面板，5块横向拉力板水平均匀分布，其位中心线离上板面50cm。图中三角支撑板在箱内4个长边角方向沿垂直角分别均匀竖直布置9个，在进水箱内4个短边角方向沿垂直角分别均匀竖直布置2个，在与非上板面连接部位均使用电容焊接，在与上板面连接部位均使用强力塑料速干胶水焊接。图中喇叭口使用50cm直径为5cm的塑料压缩管，将其焊接在进水箱的侧面。喇叭口一端与进水箱的侧面相焊接，喇叭口直管端与进水管道焊接。进水管路中心线与进水箱侧面相垂直，同时也位于同一高程。在箱顶面与箱体其他结构封闭之前，在箱内靠近出水侧且平行于进水侧，在出水面与进水管之间安设3~5块图中消能网板，消能网板与横向拉力板有交叉地方，可在网板上预留拉力横板的穿孔，在安设完毕后，消能网板与进水箱其他壁面进行焊接，即能保证出水消能强度提高也增加结构稳定性。

通过水准仪，将安置箱体的位置进行固化浇筑，使得进水箱的地面在同一水平高度，同时固化地面使得进水箱在箱内紊动情况下也能始终保持在同一高程，不产生位置下降。

将地下水库内的水通过大流量泵站将其提到试验大厅房顶的大型稳定水位的水池，若水位超过水池高，水将会溢流重新回到水库。

从恒定水位的的大型水池进行接管取水，下游通过闸阀进行控制水的开关，通过流量计控制试验所需流量。

对从出水池引下的水流，通过三通管件进行分流，将来水分成两路分别通过侧面接入进水管道。

当一定流量的水流通过管道进入水箱后，经过两路管道的对冲消能，消除部分能量，同时再通过3~5道消能网板进一步增强消能，使得翻滚紊动的水流迅速降低为接近恒定流形式的低流速小孔出流。

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 (8)

1.河工模型试验封闭式侧向对称喇叭口进水方法，其特征在于包括以下操作步骤：

步骤1：制作封闭式进水箱：选取6块箱板和3~5块消能网板，该6块箱板的规格两两相同，且能够组装形成矩形体形状的进水箱，其中一块箱板开设有若干个出水孔，用作进水箱的出水侧面板，与出水侧面板规格一致的箱板为背水侧面板，进水箱横跨摆放在模拟河道的端部，出水侧面板朝向模拟河道的下游，出水侧面板的长度与模拟河道的宽度一致，进水箱的长度方向的两端为侧向板，刚好卡紧在模拟河道中，两块侧向板均开设有进水孔，进水孔中连接有进水管，进水管与进水孔连接端连接有喇叭管，喇叭管的小口端与进水管连接，大口端与进水孔固定，进水箱与模拟河道底部贴紧的一面为底板，进水箱的顶部为上面板，3~5块消能网板与出水侧面板平行布置在进水箱内，相邻的消能网板之间，以及消能网板与出水侧面板和背水侧面板之间均预留有空隙；

步骤2：固化浇筑：通过水准仪，将安置进水箱的位置进行固化浇筑，使得进水箱的地面在同一水平高度，同时固化地面使得进水箱在箱内紊动情况下也能始终保持在同一高程，不产生位置下降；

步骤3：储水：将地下水库内的水通过大流量泵站将其提到试验大厅房顶的大型稳定水位的水池，水池靠近顶部位置设置有回流管，若水位超过水池的回流管，水将会溢流重新回到水库；

步骤4：给进水箱上水：从步骤3所述的大型稳定水位的水池进行接管取水，下游通过闸阀进行控制水的开关，通过流量计控制试验所需流量，通过三通管件进行分流，将来水分成两路分别通过侧面接入进水管道；

步骤5：对冲消能：当水流通过进水管进入水箱后，经过相对的进水孔中流出，对冲消能，消除部分能量，同时再通过3~5道消能网板进一步增强消能，使得翻滚紊动的水流迅速降低为接近恒定流形式的低流速从出水孔流出，流到模拟河道中，模拟水流。

2.根据权利要求1所述的河工模型试验封闭式侧向对称喇叭口进水方法，其特征在于所述步骤1中上面板靠近拐角位置开设有透气孔，在消能网板上开通若干个孔和若干个穿孔，使得孔均匀分布满整面消能网板。

3.根据权利要求2所述的河工模型试验封闭式侧向对称喇叭口进水方法，其特征在于所述透气孔中竖直固定有承压井。

4.根据权利要求3所述的河工模型试验封闭式侧向对称喇叭口进水方法，其特征在于所述承压井有两个，分别位于上面板的一组对角线上靠近两个拐角处，或者承压井有四个，分别位于上面板的靠近四个拐角位置。

5.根据权利要求1所述的河工模型试验封闭式侧向对称喇叭口进水方法，其特征在于所述步骤1中进水箱下方的模拟河道为无沉降的模拟河道。

6.根据权利要求2所述的河工模型试验封闭式侧向对称喇叭口进水方法，其特征在于所述步骤1中进水箱内设置有横向拉力板和三角支撑板，横向拉力板的两端分别固定在进水箱的出水侧面板和背水侧面板，横向拉力板从消能网板的穿孔中穿过，三角支撑板固定在进水箱的底部四周，连接进水箱竖直的侧板和底板。

7.根据权利要求1所述的河工模型试验封闭式侧向对称喇叭口进水方法，其特征在于所述步骤4中进水箱两侧的进水管分别连接到一个三通管的出水口，三通管的两个出水口的口径一致，三通管的进水口连接大型稳定水位的水池。

8.根据权利要求1所述的河工模型试验封闭式侧向对称喇叭口进水方法，其特征在于所述进水管设置有阀门，阀门与进水孔之间设置有电磁流量计或者超声波流量计。

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