CN109141816B - 变气压坝工泄流冲击区掺气-雾化特征参数集测试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变气压坝工泄流冲击区掺气‑雾化特征参数集测试验方法，采用集测试验装置，所述集测试验装置包括减压箱，在减压箱内固定有密闭水箱和水垫塘，密闭水箱的进水口与抽水管的出水口连接，抽水管的入水口与减压箱的底部连接；在密闭水箱的出水口上连接有喷头；在水垫塘上设有脉压传感器和掺气浓度仪，在水垫塘外部设有多个集测装置，集测装置设有支架，在支架上设有汇流板，汇流板倾斜设置，底部设有沿整个长度延伸的集流槽，在集流槽的下方设有与其连接的引流管，在引流管上设有降水测量仪，在支架上安装有雨滴谱仪、雾滴谱仪、风速风向仪、温湿度仪和气压计中的至少一种。本发明可用于测量多种气压下的多种掺气‑雾化特征参数。

Description

变气压坝工泄流冲击区掺气-雾化特征参数集测试验方法

技术领域

本发明属于坝工水力学试验技术领域，尤其涉及一种变气压坝工泄流冲击区掺气-雾化特征参数集测试验方法。

背景技术

水电站泄洪雾化伴生于水电站泄洪时段，对于水电站的安全运行有一定的危害性或潜在危害性。雾化形成的浓雾污染会对空气质量及地面交通等造成不同程度的影响；雾化形成的强降雨会危害山体等自然结构的稳定性，也会对人工建筑等的安全运行造成威胁。随着中国坝工泄洪设计管理运行的科学化发展，泄洪雾化问题的预测手段和防护措施逐渐趋向精细化。近期，受泄洪雾化严重危害的工程数量较上世纪明显降低，但仍有少数工程忽视雾化影响而存在安全隐患。比如，某面板堆石坝工程的主要泄水建筑物溢洪道，在某泄洪时段内(泄洪流量为设计流量的0.45倍)，位于其对岸的厂区发生了严重积水难排现象。此问题是由于对厂区的雾化雨时空累积效应预测、防护不足引发的。10mm和50mm对应于自然降雨，分别是中雨和暴雨的日累积雨量；而发生在雾化雨区域，通常是强雾化雨影响区的时降雨量。因此，应重视水电站泄洪雾化雨的防控，尤其是各种交通、洞口、厂房、以及办公区等专门防护区的抽排水系统设计。

水电站泄洪工程雾化雨研究的物理模型试验，主要测定雾化雨影响区域的定点雨强，通过绘制雨强等值线，结合雨强分区防护标准，指导雾化雨区的分区防护。当前此类模型试验的雨强测试多为点源测定，小雨强的测量方法主要是滴谱测量反算法和高分子吸水纸称重法；大雨强的测量仪器主要涉及量筒、量杯和雨量计。定点雨强测定雾化雨不能准确反映泄洪雾化防护专区的面源产汇流雨量。

水电站泄洪工程雾化雾的形成机理与自然雾存在一定差异，但当前研究以定性描述为主，对应的微物理场特征不明确。

泄流冲击区为强掺气区，也是雾化雨和雾化雾的主要雾源量提供区，该区域的掺气-雾化特征参数是深化研究坝工水气两相流机理的基础，加之不同海拔地区的高坝所处的气压环境不同，对坝工泄流冲击区掺气-雾化特征参数的影响也不同，因此，急需一种变气压环境下坝工泄流冲击区掺气-雾化特征参数集测试验装置，用于测量掺气-雾化特征参数，以促进泄洪冲击区掺气-雾化机理探索和科学防护技术的发展。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种变气压坝工泄流冲击区掺气-雾化特征参数集测试验方法，可用于测量多种气压下的多种掺气-雾化特征参数。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种变气压坝工泄流冲击区掺气-雾化特征参数集测试验方法，采用集测试验装置，所述集测试验装置包括减压箱，在所述减压箱上安装有密封工作门、通气阀和气压表Ⅰ，在所述减压箱的顶部设有与抽气装置连接的抽气孔，在所述减压箱上设有给、排水口和自循环抽水管，在所述减压箱内固定有密闭水箱和水垫塘，所述密闭水箱的进水口与所述自循环抽水管的出水口连接，所述自循环抽水管的入水口与所述减压箱的底部连接，在所述自循环抽水管上设有抽水泵和流量计；在所述密闭水箱的出水口上连接有喷头，在所述密闭水箱的顶部设有伸出所述减压箱的通气管，在所述通气管的伸出端上设有截止阀；在所述水垫塘底部设有多个脉压传感器，在所述水垫塘的侧壁上设有多个掺气浓度仪，在所述水垫塘外部设有多个集测装置，所述集测装置设有支架，在所述支架上设有汇流板，所述汇流板倾斜设置，底部设有沿整个长度延伸的集流槽，在所述集流槽的下方设有与其连接的引流管，在所述引流管上设有降水测量仪，在所述支架上安装有雨滴谱仪、雾滴谱仪、风速风向仪、温湿度仪和气压计中的至少一种。

所述密闭水箱为有压水箱，所述抽水泵为变频泵。

在所述有压水箱内设有稳流板，所述稳流板竖直设置在所述喷头的后方。

在所述自循环抽水管上设有调节阀和水压力表。

所述自循环抽水管设置在所述减压箱的外部。

在所述通气管上设有位于所述减压箱外部的气压力Ⅱ。

本发明具有的优点和积极效果是：采用温湿度仪、风速风向仪和气压计分别测量温湿度、风速风向和环境气压，采用脉压传感器和掺气浓度仪分别测量掺气水深和掺气浓度，采用降水测量仪、雨滴谱仪和雾滴谱仪分别测量雾化雨量、雾化雨滴谱和雾化雾滴谱，因此，采用本发明可集中测量坝工泄流冲击区的多种掺气-雾化特征参数。采用倾斜设置的汇流板收集雾化雨，可直观反映区域雾化雨量，间接反映雾源量的大小。采用本发明可获得变气压环境下坝工泄流冲击区掺气-雾化多种特征参数的基础数据，可用于研究坝工泄流冲击区掺气-雾化特征参数的时空分布特征、宏-微观特征以及气压响应特征，可用于探索变气压坝工泄流冲击区掺气-雾化特征参数的互相关性，可用于验证和调试泄流冲击区掺气-雾化数值联合预测模型，进而提升坝工泄流冲击区掺气-雾化影响区安全防护预测的有效性和科学性。

附图说明

图1为本发明采用的集测试验装置的结构示意图；

图2为本发明采用的集测装置结构示意图。

图中：1、减压箱；2、密闭水箱；3、稳流板；4、喷头；5、水垫塘；6-1、脉压传感器；6-2、掺气浓度仪；6-3、降水测量仪；7-1、支架；7-2、汇流板；7-3、集流槽；7-4、引流管；8、自循环抽水管；9、抽水泵；10、调节阀；11、水压表；12、流量计；13、通气管；14、截止阀；15、抽气孔；16、给、排水口；17、密封工作门；18、气压表Ⅱ；19、气压表Ⅰ；20、通气阀。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

请参阅图1和图2，一种变气压坝工泄流冲击区掺气-雾化特征参数集测试验方法，采用集测试验装置，所述集测试验装置包括减压箱1，在所述减压箱1上安装有密封工作门17、通气阀20和气压表Ⅰ19，在所述减压箱1的顶部设有与抽气装置连接的抽气孔15，在所述减压箱1上设有给、排水口16和自循环抽水管8，在所述减压箱1内固定有密闭水箱2和水垫塘5，所述密闭水箱2的进水口与所述自循环抽水管8的出水口连接，所述自循环抽水管8的入水口与所述减压箱1的底部连接，在所述自循环抽水管8上设有抽水泵9和流量计12，在所述密闭水箱2的出水口上连接有喷头4，在所述密闭水箱2的顶部设有伸出所述减压箱1的通气管13，在所述通气管13的伸出端上设有截止阀14；在所述水垫塘底部设有多个脉压传感器6-1，在所述水垫塘的侧壁上设有多个掺气浓度仪6-2，在所述水垫塘外部设有多个集测装置，所述集测装置设有支架7-1，在所述支架7-1上设有汇流板7-2，所述汇流板倾斜设置，底部设有沿整个长度延伸的集流槽7-3，在所述集流槽的下方设有与其连接的引流管7-4，在所述引流管7-4上设有降水测量仪6-3，在所述支架7-1上安装有雨滴谱仪、雾滴谱仪、风速风向仪、温湿度仪和气压计中的至少一种。

在本实施例中，所述密闭水箱2为有压水箱，所述抽水泵9采用变频泵，便于调节供水流速。

在本实施例中，为了使喷头获得稳定的水源，在所述有压水箱内设有稳流板3，所述稳流板3竖直设置在所述喷头4的后方。

在本实施例中，为了实时获得供水压力并合理调控，在所述自循环抽水管8上设调节阀10和水压表11。

在本实施例中，将所述自循环抽水管8设置在所述减压箱1的外部，以便于调节试验工况。为了便于观测，在所述通气管13上设有位于所述减压箱1外部的气压表Ⅱ18。

本发明的使用方法：

1)减压箱注水

打开通气阀20，通过给、排水口16向减压箱1内注水，形成设定高度的静水垫；然后关闭通气阀20。

2)有压水箱注水准备

打开通气管13上的截止阀14，启动抽水泵9，依次打开自循环抽水管8上的调节阀10和流量计12，观察通气管13上的气压表Ⅱ18，注水流速需根据通气管13上的气压表Ⅱ18读数合理调控，以避免密闭水箱2排气不足而承受瞬时高强内压破坏；当通气管13稳定出水时，关闭通气管13上截止阀14。

3)掺气-雾化特征参数测试

继上述2)操作之后，调节自循环抽水管8上的调节阀10，使自循环抽水管8内的供水压力达到设定值，记录流量计12读数，通过该读数可算出已有喷头的射流平均流速。采用相应测量仪器测量所需参数的数值。温湿度仪、风速风向仪和气压计可分别测量温湿度、风速风向和环境气压，采用脉压传感器和掺气浓度仪可分别测量掺气水深和掺气浓度，采用降水测量仪、雨滴谱仪和雾滴谱仪可分别测量雾化雨量、雾化雨滴谱和雾化雾滴谱。

4)试验工况调节

4.1)不同气压下相同试验水头的测试：关闭减压箱1上安装的密封工作门17，启动与抽气孔15连接的抽气装置，观察减压箱1上的气压表Ⅰ19，使其达到设定试验气压，通过调节抽水泵9或调节阀10使供水压力稳定在设定值，然后记录相同试验水头不同气压下相关测量仪器的数值。

4.2)相同气压下不同试验水头的测试：关闭减压箱1上安装的密封工作门17，启动与抽气孔15连接的抽气装置，观察减压箱1顶部气压表Ⅰ19，使其达到设定试验气压，然后关闭抽气装置维持减压箱1内的气压恒定，通过调节抽水泵9或调节阀10使供水压力达到设定值，然后记录相同气压不同试验水头对应的相关测量仪器的数值。

测试完成后，打开通气阀20，关闭抽水泵9，通过给、排水口16将减压箱1内的水排出；随后打开密闭水箱2底部的排水阀和水垫塘5底部的排水阀，待密闭水箱2和水垫塘5的积水排出后，再次通过给、排水口16将减压箱1的积水排出。

尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种变气压坝工泄流冲击区掺气-雾化特征参数集测试验方法，其特征在于，采用集测试验装置，所述集测试验装置包括减压箱，在所述减压箱上安装有密封工作门、通气阀和气压表Ⅰ，在所述减压箱的顶部设有与抽气装置连接的抽气孔，在所述减压箱上设有给、排水口和自循环抽水管，在所述减压箱内固定有密闭水箱和水垫塘，所述密闭水箱的进水口与所述自循环抽水管的出水口连接，所述自循环抽水管的入水口与所述减压箱的底部连接，在所述自循环抽水管上设有抽水泵、流量计、调节阀和水压表；在所述密闭水箱的出水口上连接有喷头，在所述密闭水箱的顶部设有伸出所述减压箱的通气管，在所述通气管上设有位于所述减压箱外部的气压表Ⅱ，在所述通气管的伸出端上设有截止阀Ⅰ；在所述水垫塘底部设有多个脉压传感器，在所述水垫塘的侧壁上设有多个掺气浓度仪，在所述水垫塘外部设有多个集测装置，所述集测装置设有支架，在所述支架上设有汇流板，所述汇流板倾斜设置，底部设有沿整个长度延伸的集流槽，在所述集流槽的下方设有与其连接的引流管，在所述引流管上设有降水测量仪，在所述支架上安装有雨滴谱仪、雾滴谱仪、风速风向仪、温湿度仪和气压计中的至少一种；

该方法采用以下步骤：

1)减压箱注水

打开所述通气阀，通过所述给、排水口向所述减压箱内注水，形成设定高度的静水垫，然后关闭所述通气阀；

2)有压水箱注水准备

2.1)打开所述通气管上的所述截止阀，启动所述抽水泵，依次打开所述自循环抽水管上的所述调节阀和所述流量计，观察所述通气管上的所述气压表Ⅱ，注水流速需根据所述通气管上所述气压表Ⅱ的读数合理调控，以避免所述密闭水箱排气不足而承受瞬时高强内压破坏；

2.2)当所述通气管稳定出水时，关闭所述通气管上所述截止阀；

3)掺气-雾化特征参数测试

在完成所述步骤2)的操作之后，调节所述自循环抽水管上的所述调节阀，使所述自循环抽水管内的供水压力达到设定值，记录所述流量计读数，通过该读数可算出所述喷头的射流平均流速；采用相应测量仪器测量所需参数的数值；温湿度仪、风速风向仪和气压计可分别测量温湿度、风速风向和环境气压，采用脉压传感器和掺气浓度仪可分别测量掺气水深和掺气浓度，采用降水测量仪、雨滴谱仪和雾滴谱仪可分别测量雾化雨量、雾化雨滴谱和雾化雾滴谱；

4)试验工况调节

4.1)不同气压下相同试验水头的测试：关闭所述减压箱上安装的所述密封工作门，启动与所述抽气孔连接的抽气装置，观察所述减压箱上的所述气压表Ⅰ，使其达到设定试验气压，通过调节所述抽水泵或所述调节阀使供水压力稳定在设定值，然后记录相同试验水头不同气压下相关测量仪器的数值；

4.2)相同气压下不同试验水头的测试：关闭所述减压箱上安装的所述密封工作门，启动与所述抽气孔连接的抽气装置，观察所述减压箱顶部所述气压表Ⅰ，使其达到设定试验气压，然后关闭抽气装置维持所述减压箱内的气压恒定，通过调节所述抽水泵或所述调节阀使供水压力达到设定值，然后记录相同气压不同试验水头对应的相关测量仪器的数值；

5)测试完成后

5.1)打开所述通气阀，关闭所述抽水泵，通过所述给、排水口将所述减压箱内的水排出；

5.2)随后打开所述密闭水箱底部的排水阀和所述水垫塘底部的排水阀，待所述密闭水箱和所述水垫塘的积水排出后，再次通过所述给、排水口将所述减压箱的积水排出。

2.根据权利要求1所述的变气压坝工泄流冲击区掺气-雾化特征参数集测试验方法，其特征在于，所述密闭水箱为有压水箱，所述抽水泵为变频泵。

3.根据权利要求2所述的变气压坝工泄流冲击区掺气-雾化特征参数集测试验方法，其特征在于，在所述有压水箱内设有稳流板，所述稳流板竖直设置在所述喷头的后方。

4.根据权利要求1所述的变气压坝工泄流冲击区掺气-雾化特征参数集测试验方法，其特征在于，所述自循环抽水管设置在所述减压箱的外部。

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