CN108385601A - 一种新型的水力学模型试验水箱水流平稳装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种新型的水力学模型试验水箱水流平稳装置，属于水利工程领域。本发明包括进水管、有机玻璃消力板、消力板支撑柱、出水管、水箱；通过将有机玻璃消力板制作成为特定形状的水力学模型试验水箱横断面形状，然后合理布置有机玻璃平稳面板规模，固定安装好以后开闸放水，水流就能在水箱中平稳上升。本发明解决了在水力学模型试验中由于水箱水流不平稳而导致的试验结果不准确、试验过程发生事故等问题。有更好的实用性。
Description
技术领域
本发明涉及一种新型的水力学模型试验水箱水流平稳装置，属于水利工程领域。
背景技术
水力学模型试验是依据水力学相似原理和水流相似准则，比照原型设计制造实物模型，用来观测水流运动现象和规律的研究方法。水力学模型实验的目的是探索规律，验证理论，确定系数或常数，进行水力学专题研究，解决生产实际问题。水力学模型试验研究，包括模型相似理论，模型的规划、设计和制造，测试系统的布置设计，模型试验方案优选和试验测取资料的处理分析，并预见原型工程中可能存在的问题，为工程提供设计需要的数据和改进方案。水力模型试验能用少量的经费，完善工程设计，并节省建设投资，得到较大的经济效益。但是在试验中往往会因为模型水箱出水不均匀，压力变化大，水流不平稳等水流问题而导致试验结果不理想，甚至出现试验装置损坏的问题。因此，为保证水力学模型试验高效安全进行，需对水箱部位水流进行消能处理，使其平稳流入试验装置。本专利由国家基金项目（51569011）资助。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种新型的水力学模型试验水箱水流平稳装置，能有效解决目前水利工程领域的水力学模型试验中因水箱部位水流流态紊乱，在水流从水箱部位流入下部试验装置后出现水头不均匀，压力变化大等现象，从而导致试验结果偏差大，不能准确反映实际工程问题，甚至于在试验过程中出现水箱倾倒、装置损坏等安全问题。
本发明采用的技术方案是：一种新型的水力学模型试验水箱水流平稳装置，包括进水管1、有机玻璃消力板2、消力板支撑柱3、出水管4、水箱5；
所述有机玻璃消力板2与水箱5内部横断面形状相同，水箱5下部沿内壁竖向固定有消力板支撑柱3，一块以上的有机玻璃消力板2上下安装在消力板支撑柱3上，有机玻璃消力板2上开有进水管孔和出水管孔，进水管1一端与外部水源连接，另一端穿过所有有机玻璃消力板2上的进水管孔后伸入水箱5底部，水箱5的底板上设有出水口，出水管4的一端高于最上部的有机玻璃消力板2，另一端穿过所有有机玻璃消力板2上的出水管孔后从出水口伸出水箱5外部，有机玻璃消力板2上均匀间隔分布有若干个通水孔，且最外部的通水孔与有机玻璃消力板2的边缘有一定距离，水箱5底板的中心处设有安全孔。
优选地，所述的消力板支撑柱3的高度为水箱5高度的2/7, 将消力板支撑柱3的高度等分为四部分，在上两部分的三个均分节点处设置卡槽，三块有机玻璃消力板2自上而下安装在三处的卡槽内。
优选地，所述的通水孔的孔径大小5mm，相邻两个通水孔的间距为10mm。
优选地，所述的水箱5为钢性材质的方形体，有机玻璃消力板2为方形板且其上最外部的通水孔与有机玻璃消力板2的边缘的距离为有机玻璃消力板2宽度的1/20~1/12。
优选地，所述的水箱5为钢性材质的圆形体，有机玻璃消力板2为圆形板且其上最外部的通水孔与有机玻璃消力板2的边缘的距离为有机玻璃消力板2直径的1/20~1/12。
优选地，所述的水箱5为1200×1200×1400的方形体，箱壁厚30mm，有机玻璃消力板2的尺寸为 1200×1200×60，进水管1为直径为110mm的钢管，出水管为直径为75mm的钢管，有机玻璃消力板2上最外部的通水孔与有机玻璃消力板2的边缘的距离为75mm。
优选地，将方形体的水箱5的每条边的长度平均划分为三份，每份的对应的分割节点处布置消力板支撑柱3，共需12根消力板支撑柱3。
优选地，所述的进水管孔和出水管孔分布在有机玻璃消力板2上一条对角线的两端。
本发明的有益效果是：采用有机玻璃作为制作材料，极易获取，且成本较低；本装置有效的减弱了水箱中水流的能量，使水流趋于稳定，达到理想的试验状态，提高了试验的准确性，能更加有说服力的反映实际工程问题；也降低了水箱在试验中因内部水流能量碰撞而导致的水箱损坏或装置损毁等安全问题。
附图说明
图1为本发明水箱平稳装置的侧面图；
图2为本发明水箱平稳装置的平面图；
图3为本发明水箱平稳装置的消力板细部构造图；
图中各标号为：1-进水管、2-有机玻璃消力板、3-消力板支撑柱、4-出水管、5-水箱。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，对本发明作进一步地说明。
实施例1：如图1-3所示，一种新型的水力学模型试验水箱水流平稳装置，包括进水管1、有机玻璃消力板2、消力板支撑柱3、出水管4、水箱5；
所述有机玻璃消力板2与水箱5内部横断面形状相同，水箱5下部沿内壁竖向固定有消力板支撑柱3，一块以上的有机玻璃消力板2上下安装在消力板支撑柱3上，有机玻璃消力板2上开有进水管孔和出水管孔，进水管1一端与外部水源连接，另一端穿过所有有机玻璃消力板2上的进水管孔后伸入水箱5底部，水箱5的底板上设有出水口，出水管4的一端高于最上部的有机玻璃消力板2，另一端穿过所有有机玻璃消力板2上的出水管孔后从出水口伸出水箱5外部，有机玻璃消力板2上均匀间隔分布有若干个通水孔，且最外部的通水孔与有机玻璃消力板2的边缘有一定距离，水箱5底板的中心处设有安全孔。所述有机玻璃消力板2通过切割、开孔，制作成为水箱5内部横断面形状。所述水箱5可根据具体试验要求，其容积、材质、厚度可做相应调整。所述的进水管1尺寸、材料，有机玻璃消力板2尺寸、规格，水箱规格、材料，消力板支撑柱3规格、材料，出水管4规格、材料，都可根据不同的试验要求做出相应的变化。
进一步地，所述的消力板支撑柱3的高度为水箱5高度的2/7, 将消力板支撑柱3的高度等分为四部分，在上两部分的三个均分节点处设置卡槽，三块有机玻璃消力板2自上而下安装在三处的卡槽内。将三块有机玻璃消力板2安装到水箱5的消力板支撑柱上，让进水管1按预留的孔位穿过消力板，就构成了完整的水箱水流平稳装置。如图1所示，将消力板支撑柱3从上到下均分为4份，节点从上往下数为0、1、2、3、4，在上半部分均分节点0、1、2处设置与有机玻璃消力板2厚度相同的卡槽，将有机玻璃消力板2安装在卡槽上，在水箱5内部，形成一个水流平稳装置。采用这种结构，最下部有机玻璃消力板2与水箱5底板之间的距离大于相邻两个有机玻璃消力板2之间的距离，工作时，水流从进水管1流入，水箱5的底板进行第一次消能，水流在最下部有机玻璃消力板2与水箱5底板之间的空间内充分混合后慢慢淹没进水口1的出水端，此时可以消除进水口1出水端的部分能量，然后水流通过有机玻璃消力板2的通水孔使水面上升，三块有机玻璃消力板2自下而上对水流进行层层消能，然后就能将流态复杂的水流转化为平稳的状态，平稳地从出水管流入后面实验装置，使试验顺利进行。
进一步地，所述的通水孔的孔径大小5mm，相邻两个通水孔的间距为10mm。
进一步地，所述的水箱5为钢性材质的方形体，有机玻璃消力板2为方形板且其上最外部的通水孔与有机玻璃消力板2的边缘的距离为有机玻璃消力板2宽度的1/20~1/12。
进一步地，所述的水箱5为钢性材质的圆形体，有机玻璃消力板2为圆形板且其上最外部的通水孔与有机玻璃消力板2的边缘的距离为有机玻璃消力板2直径的1/20~1/12。
进一步地，所述的水箱5为1200×1200×1400的方形体，箱壁厚30mm，有机玻璃消力板2的尺寸为 1200×1200×60，进水管1为直径为110mm的钢管，出水管为直径为75mm的钢管，有机玻璃消力板2上最外部的通水孔与有机玻璃消力板2的边缘的距离为75mm。
所述的进水管1可根据试验要求流量大小选定合适管径尺寸的进水管，且进水管1下端出水口必须延伸至最底层有机玻璃消力板2以下，防止因出水口过高，水流射向水箱5或有机玻璃消力板2导致水箱5破损或有机玻璃消力板2损坏。进水管1的尺寸和材质可根据不同水力学模型试验的要求而做出相应选择。所述的出水管4，其规格由试验要求确定，此处为75mm，材质为钢管，连接下游试验装置。所述的出水管4的规格和材质可根据不同试验要求做出相应变化。
所述的有机玻璃消力板2，其形状尺寸由水箱横断面大小确定，水箱5底板的中心处设有110mm直径的安全孔，此安全孔通常情况下为关闭状态，为防止流量过大，或孔堵塞时造成水压过大而产生事故而设置。将开好孔的有机玻璃消力板2布置在预先安装好消力板支撑柱3的水箱5内，固定好以后就构成了一个完整的水箱水流平稳装置。所述的有机玻璃消力板2在不同的水力学模型试验中，其形状、尺寸、材质可根据具体的试验要求做出相应改变。
进一步地，将方形体的水箱5的每条边的长度平均划分为三份，每份的对应的分割节点处布置消力板支撑柱3，共需12根消力板支撑柱3。消力板支撑柱3的规格为50×50×400，分别在200mm、300mm、400mm处设置60mm高的卡槽用来固定有机玻璃消力板2。所述的消力板支撑柱3可根据具体水箱大小和形状在规格和形式上做出相应变化。
进一步地，所述的进水管孔和出水管孔分布在有机玻璃消力板2上一条对角线的两端。这种结构,进水管和出水管距离最远，可以使水流得到最大程度的消能。
所述的有机玻璃消力板2，其制作方法为：根据具体试验要求，确定所需水箱5的容积大小和形状，然后根据水箱5规格确定有机玻璃消力板2的数目以及形状大小，在将预先制定好卡槽的消力板支撑柱3固定到水箱5内部，最后把开好孔的有机玻璃消力板2安装到消力板支撑柱3对应的卡槽上，就构成了完整的水箱水流平稳装置。
有机玻璃消力板2采用有机玻璃材料是因为：有机玻璃的美观性：呈镜面效果，工艺精美，无褶皱，无接缝；有机玻璃的视觉效果：色彩多种多样、视觉冲击力很强；有机玻璃的透光性：透光率可达到96%，透光率极佳、光线比较柔和；有机玻璃的耐冲击性：是普通玻璃产品的200倍以上，几乎没有任何断裂的危险；有机玻璃的耐久性；有机玻璃的耐侯性：可保长久不褪色，质量好的板材使用年限长达6-13年之久；有机玻璃的耐燃性：不会有自燃并具自熄性；有机玻璃的节能性：透光性非常好，相对减少光源，省电，降低使用的成本；有机玻璃的合理性：合理性的设计和防雨防潮，开启式的结构，便于清洁维修等。
本发明的工作原理是：把开孔的有机玻璃消力板2按一定的布置方式安装到水箱5内部，当流态紊乱的水流从水箱5进水管1进入水箱5底部，流态复杂的水在水箱5中水位逐渐上升，透过有机玻璃消力板2时水流中的能量就会被减弱，逐层上升后水流就趋于平稳，达到理想的试验状态，从而对水力学模型试验产生非常小的影响甚至于可以忽略不计，进而使试验达到更好的效果。
上面结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (8)
1.一种新型的水力学模型试验水箱水流平稳装置，其特征在于：包括进水管（1）、有机玻璃消力板（2）、消力板支撑柱(3)、出水管（4）、水箱（5）；
所述有机玻璃消力板（2）与水箱（5）内部横断面形状相同，水箱（5）下部沿内壁竖向固定有消力板支撑柱(3)，一块以上的有机玻璃消力板（2）上下安装在消力板支撑柱(3)上，有机玻璃消力板（2）上开有进水管孔和出水管孔，进水管（1）一端与外部水源连接，另一端穿过所有有机玻璃消力板（2）上的进水管孔后伸入水箱（5）底部，水箱（5）的底板上设有出水口，出水管（4）的一端高于最上部的有机玻璃消力板（2），另一端穿过所有有机玻璃消力板（2）上的出水管孔后从出水口伸出水箱（5）外部，有机玻璃消力板（2）上均匀间隔分布有若干个通水孔，且最外部的通水孔与有机玻璃消力板（2）的边缘有一定距离，水箱（5）底板的中心处设有安全孔。
2.根据权利要求书1所述的新型的水力学模型试验水箱水流平稳装置，其特征在于：所述的消力板支撑柱(3)的高度为水箱（5）高度的2/7, 将消力板支撑柱(3)的高度等分为四部分，在上两部分的三个均分节点处设置卡槽，三块有机玻璃消力板（2）自上而下安装在三处的卡槽内。
3.根据权利要求1或2所述的新型的水力学模型试验水箱水流平稳装置，其特征在于：所述的通水孔的孔径大小5mm，相邻两个通水孔的间距为10mm。
4.根据权利要求书1或2所述的新型的水力学模型试验水箱水流平稳装置，其特征在于：所述的水箱（5）为钢性材质的方形体，有机玻璃消力板（2）为方形板且其上最外部的通水孔与有机玻璃消力板（2）的边缘的距离为有机玻璃消力板（2）宽度的1/20~1/12。
5.根据权利要求书1或2所述的新型的水力学模型试验水箱水流平稳装置，其特征在于：所述的水箱（5）为钢性材质的圆形体，有机玻璃消力板（2）为圆形板且其上最外部的通水孔与有机玻璃消力板（2）的边缘的距离为有机玻璃消力板（2）直径的1/20~1/12。
6.根据权利要求书4所述的新型的水力学模型试验水箱水流平稳装置，其特征在于：所述的水箱（5）为1200×1200×1400的方形体，箱壁厚30mm，有机玻璃消力板（2）的尺寸为1200×1200×60，方形网格状布置，进水管（1）为直径为110mm的钢管，出水管为直径为75mm的钢管，有机玻璃消力板（2）上最外部的通水孔与有机玻璃消力板（2）的边缘的距离为75mm。
7.根据权利要求4所述的新型的水力学模型试验水箱水流平稳装置，其特征在于：将方形体的水箱（5）的每条边的长度平均划分为三份，每份的对应的分割节点处布置消力板支撑柱（3），共需12根消力板支撑柱（3）。
8.根据权利要求4所述的新型的水力学模型试验水箱水流平稳装置，其特征在于：所述的进水管孔和出水管孔分布在有机玻璃消力板（2）上一条对角线的两端。
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