CN109323844A - 一种模拟剪切流中密度分层水体的环形水槽装置 - Google Patents

一种模拟剪切流中密度分层水体的环形水槽装置 Download PDF

Info

Publication number
CN109323844A
CN109323844A CN201811158206.1A CN201811158206A CN109323844A CN 109323844 A CN109323844 A CN 109323844A CN 201811158206 A CN201811158206 A CN 201811158206A CN 109323844 A CN109323844 A CN 109323844A
Authority
CN
China
Prior art keywords
water
water tank
annular
shear flow
connect
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201811158206.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109323844B (zh
Inventor
张先飞
王玲玲
朱海
张成潇
黄玄
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hohai University HHU
Original Assignee
Hohai University HHU
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hohai University HHU filed Critical Hohai University HHU
Priority to CN201811158206.1A priority Critical patent/CN109323844B/zh
Publication of CN109323844A publication Critical patent/CN109323844A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109323844B publication Critical patent/CN109323844B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01MTESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M10/00Hydrodynamic testing; Arrangements in or on ship-testing tanks or water tunnels

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
  • Aerodynamic Tests, Hydrodynamic Tests, Wind Tunnels, And Water Tanks (AREA)

Abstract

本发明涉及一种模拟剪切流中密度分层水体的环形水槽装置,包括升降旋转装置、环形水槽和输水装置,升降旋转装置包括升降旋转组件、与升降旋转组件连接的升降杆、与升降杆连接的剪切环以及与剪切环连接的至少一个抗扰动板,输水装置包括第一水箱、第二水箱、与第一水箱连接的至少一个第一输水组件以及与第二水箱连接的至少一个第二输水组件,第一输水组件与环形水槽的顶部相连通,第二输水组件与所述环形水槽的底部相连通。本发明理论上可以模拟无限长的直水槽,无入流与出流边界,不需要回水装置与消能装置;大大减少了分层界面的扰动,可以使分层界面清晰光滑;减少实验周期;可以在水体表面施加剪切力,使分层水体存在于剪切流的环境中。

Description

一种模拟剪切流中密度分层水体的环形水槽装置
技术领域
本发明涉及环境流体力学领域,尤其涉及一种模拟剪切流中密度分层水体的环形水槽装置。
背景技术
在海洋、湖泊、湖库等水体系统中,水的温度、盐度等各种参数往往在垂向上出现显著地差异,导致水体在垂向上出现分层现象。水温分层或盐度分层关系着水质与水环境,影响着水体中垂向的物质与颗粒物的输运。分层现象不仅对水生生物的生长与分布有着重大影响,并且影响着水体的水动力过程,进而影响气候与生态。在分层水体之间存在着温度或盐度巨大梯度变化的温度跃层或温盐跃层,特别是在海洋中分层水体的交界面处往往会产生有趣的物理现象。由于分层界面上内波的影响,上下层水体团在水平面上往往具有不一样的运动方向与速度,导致在分层界面处产生剪切流。
真实地模拟分层水体有着重要意义。目前,有很多模拟分层水体的实验装置及方法,中国专利ZL201410141258.3提出的“一种密度分层水体的制取方法”,虽然配置简单且易于操作,但是耗时较长,且在界面处容易产生扰动,对结果产生干扰;CN201510262688.5提出的“海洋温盐跃层模拟装置”,虽然形成了温度和盐度剧烈变化的海洋温盐跃层,但是该装置的设计,只能模拟上层水体冷而少盐,下层水体温而多盐的情形,并且该装置不能模拟剪切流,并且其注水过程会对实验水体产生很大的波动。
发明内容
本发明克服了现有技术的不足,提供一种模拟剪切流中密度分层水体的环形水槽装置,以观测剪切流下分层水体的各水力学参数的变化。
为达到上述目的,本发明采用的技术方案为:一种模拟剪切流中密度分层水体的环形水槽装置,包括升降旋转装置、环形水槽和输水装置,所述升降旋转装置包括升降旋转组件、与所述升降旋转组件连接的升降杆、与所述升降杆连接的剪切环以及与所述剪切环连接的抗扰动板,所述输水装置包括第一水箱、第二水箱、与所述第一水箱连接的至少一个第一输水组件以及与所述第二水箱连接的至少一个第二输水组件,所述第一输水组件与所述环形水槽的顶部相连通,所述第二输水组件与所述环形水槽的底部相连通。
本发明一个较佳实施例中,一种模拟剪切流中密度分层水体的环形水槽装置进一步包括所述环形水槽包括底壁、设置在所述底壁上的环形外壁和环形内壁。
本发明一个较佳实施例中,一种模拟剪切流中密度分层水体的环形水槽装置进一步包括所述环形外壁和环形内壁均采用树脂玻璃制成。
本发明一个较佳实施例中,一种模拟剪切流中密度分层水体的环形水槽装置进一步包括所述环形水槽安装在一卡座上。
本发明一个较佳实施例中,一种模拟剪切流中密度分层水体的环形水槽装置进一步包括所述剪切环的外径小于所述环形外壁的内径,所述剪切环的内径大于所述环形内壁的外径。
本发明一个较佳实施例中,一种模拟剪切流中密度分层水体的环形水槽装置进一步包括所述抗扰动板呈环形,所述抗扰动板上开设有多个通孔。
本发明一个较佳实施例中,一种模拟剪切流中密度分层水体的环形水槽装置进一步包括所述抗扰动板采用密度比水小的塑料制成。
本发明一个较佳实施例中,一种模拟剪切流中密度分层水体的环形水槽装置进一步包括所述剪切环与所述抗扰动板之间连接有细绳。
本发明一个较佳实施例中,一种模拟剪切流中密度分层水体的环形水槽装置进一步包括所述升降杆与所述剪切环之间连接有至少两个钢管。
本发明一个较佳实施例中,一种模拟剪切流中密度分层水体的环形水槽装置进一步包括所述第一输水组件包括第一水管、安装在所述第一水管上的第一蠕动泵,所述第二输水组件包括第二水管、安装在所述第二水管上的第二蠕动泵。
本发明具有以下有益效果:
(1)环形水槽的运用,理论上可以模拟无限长的直水槽,无入流与出流边界,不需要回水装置与消能装置;
(2)在分层水体的制取上,抗扰动板的运用,大大减少了分层界面的扰动,使分层界面清晰光滑;
(3)采用第一蠕动泵和第二蠕动泵进行分层水体的制取,可以减少实验周期;
(4)可升降和旋转的剪切环,可以在水体表面施加剪切力,使分层水体存在于剪切流的环境中。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为本发明的优选实施例的结构示意图;
图2为本发明的优选实施例的环形水槽的结构示意图;
图3为本发明的优选实施例的剪切环与升降杆连接的俯视图;
图4为本发明的优选实施例的抗扰动板的俯视图;
图中:10、环形水槽,12、升降旋转组件,14、升降杆,16、剪切环,18、抗扰动板,20、第一水箱,22、第二水箱,24、底壁,26、环形外壁,28、环形内壁,30、卡座,34、通孔,36、支架,38、气缸,40、活塞杆,42、安装座,44、电机,46、输出轴,48、钢管,50、螺丝,52、细绳,54、第一水管,56、第一蠕动泵,58、第二水管,60、第二蠕动泵。
具体实施方式
现在结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明,这些附图均为简化的示意图,仅以示意方式说明本发明的基本结构,因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1所示,一种模拟剪切流中密度分层水体的环形水槽装置,包括升降旋转装置、环形水槽10和输水装置,升降旋转装置包括升降旋转组件12、与升降旋转组件12连接的升降杆14、与升降杆14连接的剪切环16以及与剪切环16连接的抗扰动板18,剪切环16与抗扰动板18能够放置在环形水槽10内,剪切环16能够在环形水槽10内自由地旋转,输水装置包括第一水箱20、第二水箱22、与第一水箱20连接的至少一个第一输水组件以及与第二水箱22连接的至少一个第二输水组件,第一输水组件与环形水槽10的顶部相连通,第二输水组件与环形水槽10的底部相连通。
如图2所示,本发明优选环形水槽10包括底壁24、设置在底壁24上的环形外壁26和环形内壁28。优选底壁24呈圆形,底壁24、环形外壁26和环形内壁28一体成型,提高环形水槽10的强度,同时避免水流出环形水槽10。环形外壁26和环形内壁28均采用树脂玻璃制成,树脂玻璃隔热且透明,当分层水体具有不同的温度时可以减少装置中温度的耗散,并且透明的环形水槽10方便PIV技术测速。本发明优选环形水槽10安装在一卡座30上,可在卡座30上设置圆形凹槽(图中未示出),将环形水槽10卡入圆形凹槽内,提高环形水槽10的稳定性。
本发明优选剪切环16的外径小于环形外壁26的内径,剪切环16的内径大于环形内壁28的外径,剪切环16能够作为环形水槽10的可移动顶盖。进一步优选剪切环16采用树脂玻璃制成。
如图4所示,本发明优选抗扰动板18呈环形,提高对分层界面的抗扰动能力,抗扰动板18上设置有多个通孔34,这样当抗扰动板18被提起时,上层水体可以通过通孔34落入下层水体表层。本发明优选抗扰动板18采用密度比水小的塑料制成。
本发明优选升降旋转组件12包括支架36、安装在支架36上的气缸38、与气缸38的活塞杆40连接的安装座42以及固定在安装座42上的电机44,电机44的输出轴46与升降杆14固定,通过气缸38与电机44的配合,实现升降杆14的升降与旋转,当然并不局限于此种方式,也可以将安装座42与支架36连接,电机44固定在安装座42上,气缸38与电机44的输出轴46连接,活塞杆40与升降杆14连接。升降旋转组件12的设置,可以平稳地将剪切环16放置在环形水槽10上以模拟剪切流,还可以在制取分层水面时将抗扰动板18缓慢地提出水面,减少分层水体制取时对装置产生的扰动。
如图3所示,为了提高升降杆14与剪切环16之间的连接强度,本发明优选升降杆14与剪切环16之间连接有至少两个钢管48。进一步优选钢管48的数量为四个,在剪切环16上设置有四个孔,每个孔安放有螺丝50与钢管48固定。本发明优选剪切环16与抗扰动板18之间连接有细绳52,通过细绳52吊住抗扰动板18,用于分层水体的制取。
本发明优选第一输水组件包括第一水管54、安装在第一水管54上的第一蠕动泵56,第二输水组件包括第二水管58、安装在第二水管58上的第二蠕动泵60,制取好的上层水体存放于第一水箱20中,通过第一蠕动泵56和第一水管54将上层水体输送至环形水槽10内部,制取好的下层水体存放于第二水箱22中,通过第二蠕动泵60和第二水管58将下层水体输送至环形水槽10内部。进一步优选第一输水组件和第二输水组件的数量均为两个,可以加快分层水体的制取速度,缩小实验周期,同时可以使得分层水体更加均匀。两个第一输水组件前后对称设置,图中只示出了一个第一输水组件。
本发明在使用时,通过气缸38控制升降杆14下降,此时抗扰动板18位于环形水槽10底部,打开第二蠕动泵60,将第二水箱22中已配置好的下层水体快速平稳地泵入环形水槽10的环形外壁26与环形内壁28围成的空间内,至所需高度停止,此时关闭第二蠕动泵60,打开第一蠕动泵56,将第一水箱20中1已配置好的上层水体均匀而又快速地泵入环形水槽10的环形外壁26与环形内壁28围成的空间内,此时环形水槽10中逐渐开始分层,待达到所需厚度,关闭第一蠕动泵56,通过气缸38控制升降杆14上升,将细绳52和抗扰动板18取下,分层水体制取完毕,此时,通过气缸38控制升降杆14下降,将剪切环8慢慢放置在水体表面,通过电机44的电机轴46旋转控制升降杆14旋转,带动剪切环8旋转,继而使得环形水槽10中产生由剪切环8驱动的剪切流,从而模拟出剪切流中分层水体。
以上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技术性范围。

Claims (10)

1.一种模拟剪切流中密度分层水体的环形水槽装置,其特征在于:包括升降旋转装置、环形水槽和输水装置,所述升降旋转装置包括升降旋转组件、与所述升降旋转组件连接的升降杆、与所述升降杆连接的剪切环以及与所述剪切环连接的抗扰动板,所述输水装置包括第一水箱、第二水箱、与所述第一水箱连接的至少一个第一输水组件以及与所述第二水箱连接的至少一个第二输水组件,所述第一输水组件与所述环形水槽的顶部相连通,所述第二输水组件与所述环形水槽的底部相连通。
2.根据权利要求1所述的一种模拟剪切流中密度分层水体的环形水槽装置,其特征在于:所述环形水槽包括底壁、设置在所述底壁上的环形外壁和环形内壁。
3.根据权利要求2所述的一种模拟剪切流中密度分层水体的环形水槽装置,其特征在于:所述环形外壁和环形内壁均采用树脂玻璃制成。
4.根据权利要求2或3所述的一种模拟剪切流中密度分层水体的环形水槽装置,其特征在于:所述环形水槽安装在一卡座上。
5.根据权利要求2所述的一种模拟剪切流中密度分层水体的环形水槽装置,其特征在于:所述剪切环的外径小于所述环形外壁的内径,所述剪切环的内径大于所述环形内壁的外径。
6.根据权利要求1所述的一种模拟剪切流中密度分层水体的环形水槽装置,其特征在于:所述抗扰动板呈环形,所述抗扰动板上开设有多个通孔。
7.根据权利要求6所述的一种模拟剪切流中密度分层水体的环形水槽装置,其特征在于:所述抗扰动板采用密度比水小的塑料制成。
8.根据权利要求7所述的一种模拟剪切流中密度分层水体的环形水槽装置,其特征在于:所述剪切环与所述抗扰动板之间连接有细绳。
9.根据权利要求5所述的一种模拟剪切流中密度分层水体的环形水槽装置,其特征在于:所述升降杆与所述剪切环之间连接有至少两个钢管。
10.根据权利要求1所述的一种模拟剪切流中密度分层水体的环形水槽装置,其特征在于:所述第一输水组件包括第一水管、安装在所述第一水管上的第一蠕动泵,所述第二输水组件包括第二水管、安装在所述第二水管上的第二蠕动泵。
CN201811158206.1A 2018-09-30 2018-09-30 一种模拟剪切流中密度分层水体的环形水槽装置 Expired - Fee Related CN109323844B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811158206.1A CN109323844B (zh) 2018-09-30 2018-09-30 一种模拟剪切流中密度分层水体的环形水槽装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811158206.1A CN109323844B (zh) 2018-09-30 2018-09-30 一种模拟剪切流中密度分层水体的环形水槽装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109323844A true CN109323844A (zh) 2019-02-12
CN109323844B CN109323844B (zh) 2019-12-31

Family

ID=65266727

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811158206.1A Expired - Fee Related CN109323844B (zh) 2018-09-30 2018-09-30 一种模拟剪切流中密度分层水体的环形水槽装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109323844B (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110361159A (zh) * 2019-07-09 2019-10-22 浙江大学 一种三水箱型循环利用piv示踪粒子水的装置
CN111397841A (zh) * 2020-03-21 2020-07-10 中山大学 一种可实现多层稳定可控分层流体的装置和方法
CN111679697A (zh) * 2020-06-12 2020-09-18 深圳职业技术学院 液位控制装置
CN114354126A (zh) * 2021-11-30 2022-04-15 中国人民解放军国防科技大学 一种适用于大型分层水槽的快速液体密度分层方法

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2473430A (en) * 2009-09-09 2011-03-16 Paul Hales Test tank for marine energy generator
CN102636330A (zh) * 2012-05-02 2012-08-15 河海大学常州校区 用于模拟复杂分层流动水体的装置及模拟方法
CN103207060A (zh) * 2013-04-09 2013-07-17 同济大学 一种可用于模拟天然河道水流特性的环形水槽装置
CN203216695U (zh) * 2013-04-09 2013-09-25 同济大学 一种可用于模拟天然河道水流特性的环形水槽装置
CN103869048A (zh) * 2014-02-19 2014-06-18 上海大学 一种模拟底泥污染物再悬浮释放的环形水槽装置
CN203941082U (zh) * 2013-08-05 2014-11-12 上海河口海岸科学研究中心 一种全自动测量及控制用试验结构
CN104677593A (zh) * 2015-03-18 2015-06-03 北京市环境保护科学研究院 利用环形水槽模拟天然河道水流特性的方法及装置
CN204461855U (zh) * 2015-03-26 2015-07-08 河海大学 一种水槽密度分层水制取装置
CN204495541U (zh) * 2015-03-18 2015-07-22 北京市环境保护科学研究院 利用环形水槽模拟天然河道水流特性的装置
CN205988757U (zh) * 2016-08-25 2017-03-01 东北师范大学 用于模拟水体沉积物再悬浮的环形水槽装置
CN107012196A (zh) * 2017-05-15 2017-08-04 中国水利水电科学研究院 循环水平剪切流条件下的微生物水动力学实验方法
CN207798793U (zh) * 2018-01-25 2018-08-31 湖南省环境保护科学研究院 一种模拟水体底泥污染物释放的试验装置

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2473430A (en) * 2009-09-09 2011-03-16 Paul Hales Test tank for marine energy generator
CN102636330A (zh) * 2012-05-02 2012-08-15 河海大学常州校区 用于模拟复杂分层流动水体的装置及模拟方法
CN103207060A (zh) * 2013-04-09 2013-07-17 同济大学 一种可用于模拟天然河道水流特性的环形水槽装置
CN203216695U (zh) * 2013-04-09 2013-09-25 同济大学 一种可用于模拟天然河道水流特性的环形水槽装置
CN203941082U (zh) * 2013-08-05 2014-11-12 上海河口海岸科学研究中心 一种全自动测量及控制用试验结构
CN103869048A (zh) * 2014-02-19 2014-06-18 上海大学 一种模拟底泥污染物再悬浮释放的环形水槽装置
CN104677593A (zh) * 2015-03-18 2015-06-03 北京市环境保护科学研究院 利用环形水槽模拟天然河道水流特性的方法及装置
CN204495541U (zh) * 2015-03-18 2015-07-22 北京市环境保护科学研究院 利用环形水槽模拟天然河道水流特性的装置
CN204461855U (zh) * 2015-03-26 2015-07-08 河海大学 一种水槽密度分层水制取装置
CN205988757U (zh) * 2016-08-25 2017-03-01 东北师范大学 用于模拟水体沉积物再悬浮的环形水槽装置
CN107012196A (zh) * 2017-05-15 2017-08-04 中国水利水电科学研究院 循环水平剪切流条件下的微生物水动力学实验方法
CN207798793U (zh) * 2018-01-25 2018-08-31 湖南省环境保护科学研究院 一种模拟水体底泥污染物释放的试验装置

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110361159A (zh) * 2019-07-09 2019-10-22 浙江大学 一种三水箱型循环利用piv示踪粒子水的装置
CN110361159B (zh) * 2019-07-09 2020-10-13 浙江大学 一种三水箱型循环利用piv示踪粒子水的装置
CN111397841A (zh) * 2020-03-21 2020-07-10 中山大学 一种可实现多层稳定可控分层流体的装置和方法
CN111679697A (zh) * 2020-06-12 2020-09-18 深圳职业技术学院 液位控制装置
CN114354126A (zh) * 2021-11-30 2022-04-15 中国人民解放军国防科技大学 一种适用于大型分层水槽的快速液体密度分层方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN109323844B (zh) 2019-12-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109323844A (zh) 一种模拟剪切流中密度分层水体的环形水槽装置
CN102636330B (zh) 用于模拟复杂分层流动水体的装置的模拟方法
CN205138343U (zh) 一种起竖架稳定变向的液压控制系统
CN107063632B (zh) 一种周期性脉动压力驱动下河床垂向潜流交换试验装置的实验方法
CN203130399U (zh) 一种利用注水泵为动力的调堵、调驱装置
CN108152450A (zh) 模拟海岸水库污染物迁移的装置及其使用方法
CN205958568U (zh) 负压下微生物胶结细粒土的试验装置
CN204461855U (zh) 一种水槽密度分层水制取装置
CN107705692A (zh) 一种溃坝循环水槽
CN111397841B (zh) 一种可实现多层稳定可控分层流体的装置和方法
CN207163691U (zh) 一种模拟湖泊波浪扰动的实验装置
CN205656034U (zh) 一种水利工程用水质取样机器人
CN112903965A (zh) 同构造变形流体运聚过程物理模拟实验装置及实验方法
CN113756784B (zh) 一种模拟油藏形成演化过程的实验装置及方法
CN107498813A (zh) 一种实现高响应注射的注塑机注射液压回路及其注塑控制方法
CN207993332U (zh) 一种溃坝循环水槽
CN210079936U (zh) 一种用于预浸卷材台基的浸涂设备
US11370193B2 (en) Organic glass, and preparation method and use thereof
CN201911142U (zh) 一种充气式栽培装置
CN108594905B (zh) 一种可控制内波水槽流体分层装置及其方法
CN106381908B (zh) 一种便器水箱及设计方法
CN107012196A (zh) 循环水平剪切流条件下的微生物水动力学实验方法
CN106383220B (zh) 室内实验非牛顿流体注入速度的确定方法及系统
CN207686685U (zh) 盐穴建库注气液排卤物理模拟装置
CN206674801U (zh) 一种粘性鱼卵淋水孵化装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20191231

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee