CN110361159A - 一种三水箱型循环利用piv示踪粒子水的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三水箱型循环利用PIV示踪粒子水的装置。本发明包括三个水箱，流量计和实验水槽，其中实验水槽依次通过阀门以及真空泵与上部的水箱连接，上部的水箱内装置有C‑T探头、水下搅拌器；上部的水外接盐仓和自来水进水，在所述的自来水进水口上装有流量计，所述的盐仓设有内设有压力传感器；所述的上部的水箱通过管路连接用于装上层水的水箱和用于装下层水的水箱，装上层水的水箱和用于装下层水的水箱通过各自的管路连接至实验水槽；所述的C‑T探头与微电脑连接，且微电脑还与压力传感器、自来水进口阀门、流量计连接。本发明装置设计新颖，操作简单，整体性好，通过该装置减少以往试验中模拟内波运动及破碎的实验准备时间。

Description

一种三水箱型循环利用PIV示踪粒子水的装置

技术领域

本发明涉及海洋科学与工程模型试验领域，具体涉及一种三水箱型循环利用PIV示踪粒子水的装置。

背景技术

内波，是发生在层结稳定海洋中十分普遍的一种波动现象。内波从生成到破碎的过程引起的跨越等密度面混合对海洋水体交换、营养盐的输运、维持深海环流结构起着重要的作用。陆架上内波生成问题的研究对于大陆架上环境要素的分布、海洋工程和水下航行活动都具有十分重要的意义。深海中的内波引起混合的机理复杂，受到海底地形特征，地理纬度及层结等多种因素的影响。

内波现有现场观测、实验室模拟、数值模拟和理论解析等研究方法。其中，实验室模拟多采用PIV技术来对内波的速度场进行测量，因此在实验准备的过程中，不但需要对实验用水的盐度温度以及密度进行控制，还需要提前在盐水中掺入示踪粒子。为保证粒子稳定的悬浮状态，还需提前一天配置并静置一夜。在目前的大部分内波研究实验中，实验用水都会在实验结束被直接排入下水道，再下次实验时又要重新配置。首先示踪粒子价格昂贵，这种方法使得粒子的使用效率极低，增加了实验的成本；其次，示踪粒子颗粒细小且不溶于水，直接排放会影响生态环境；最后，重复配水浪费了过多的时间和人力，也是对水资源的一种浪费。因为混合了PIV示踪粒子水在实验后除仍有较好性能，基于此设想了一种在内波实验中循环利用PIV示踪粒子水的装置，从而达到节约、环保、简化实验等目的。

现已公布的专利方案中，对于实验室中循环利用PIV粒子水并重新配置盐水密度装置的技术方案还为空白。

发明内容

本发明克服了现有技术中的不足，提供了一种三水箱型循环利用PIV（ParticleImage Velocimetry）示踪粒子水的装置。该试验装置系统结构简单，操作方便；能循环利用已经配置完成的混合有PIV粒子的盐水，并根据实验工况要求自动配置相应密度的盐水。能提高内波实验的实验效率，且降低大量实验成本。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

本发明包括三个水箱，流量计和实验水槽，其中实验水槽依次通过阀门以及真空泵与上部的水箱连接，上部的水箱内装置有C-T探头、水下搅拌器；上部的水外接盐仓和自来水进水，在所述的自来水进水口上装有流量计，所述的盐仓设有内设有压力传感器；所述的上部的水箱通过管路连接用于装上层水的水箱和用于装下层水的水箱，装上层水的水箱和用于装下层水的水箱通过各自的管路连接至实验水槽；所述的C-T探头与微电脑连接，且微电脑还与压力传感器、自来水进口阀门、流量计连接，C-T探头测量得到水箱中的盐度与温度，输出到微电脑中，根据水的温盐密关系得出水的密度。通过压力传感器控制加入盐量，通过流量计控制加水量，并通过反馈控制，得到工况所需密度的粒子水。

本发明的有益效果：

1、一种三水箱型循环利用PIV示踪粒子水的装置，试验装置可靠性强，整体性好；操作简便，自动化程度较高，能较大限度地解放双手；设备使用过程简单方便，效率高。

2、一种三水箱型循环利用PIV示踪粒子水的装置，实质上是循环利用混合了PIV粒子的层化盐水，所有的海洋环境下的水动力学试验，如异重流、羽流等实验均可采用该种装置，将粒子水循环利用，适用范围广。

3、一种三水箱型循环利用PIV示踪粒子水的装置，改变了之前做一次实验就要配一次水的模式。将粒子水循环利用，省去了实验前需要配粒子水并将之静置的过程，将实验周期从每两天能做一组实验变为了每一天就能做一次实验，缩短了实验周期。

4、一种三水箱型循环利用PIV示踪粒子水的装置将粒子水循环利用，尤其是对于较为大型的水槽来说，每次实验能节省数十千克的盐以及数十克昂贵的PIV粒子，降低了很大的成本。

附图说明

图1是本发明的侧视示意图。

图2是本发明俯视示意图。

1.C-T探头，2.水下搅拌器，3.自来水进水口，4.流量计，5.排水口阀门，6.下层水水箱阀门，7.上层水水箱阀门，8.上层水出水阀门，9.下层水出水阀门，10.密度调节水箱，11.上层水水箱，12.下层水水箱，13.废水排水口，14.实验水槽，15.进水分散器，16. 盐仓，17真空泵，18.上水阀门。

具体实施方式

下面对本发明的技术方案进行进一步说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施实例。

如图1和图2所示，一种三水箱型循环利用PIV示踪粒子水的装置，包括密度调节水箱10、上层水水箱11，下层水水箱12，通过导流管相连接，其间装有下层水水箱阀门6和上层水水箱阀门7。实验水槽14与密度调节水箱10通过导管连接，其中有上水阀门18以及真空泵17。下上层水水箱11，下层水水箱12又与实验水槽14通过导流管相连接，其间装有上层水出水阀门8和下层水出水阀门9，其中下层水水箱12连接至实验水槽14底部的进水分散器15，密度调节水箱10与自来水进水口3相连，其间装有流量计4，密度调节水箱10上装有盐仓16，内部配置压力传感器，密度调节水箱10内装有水下搅拌器2以及C-T探头1，密度调节水箱10与废水排水口13相连接，其间装有排水口阀门5。C-T探头1与微电脑连接，且微电脑与压力传感器、自来水进口阀门、流量计连接。

上述技术方案中，水箱和水槽壁面设置为钢化玻璃板。

上述技术方案中，水箱、导流管与实验水槽均安装于不锈钢支架上。

上述技术方案中，C-T探头可以测量密度调节水箱10中的盐度与温度，输出到微电脑中，根据水的温盐密关系得出水的密度。通过压力传感器控制加入盐量，通过流量计控制加水量，根据经验公式，并通过反馈控制，最后得到工况所需密度的粒子水。

该装置的工作过程如下：

a. 循环回收粒子水

实验结束后，关闭所有阀门。打开上水阀门18，并打开真空泵17，抽取下次实验下层水所需水量。随后关闭真空泵17，关闭上水阀门18。

b.重新配置实验下层水

在微电脑设定所需密度，微电脑通过C-T探头输入现有密度，计算得出所需的盐量或水量，通过上方盐仓下压力传感器以及自来水管内的流量计控制进盐量与进水量。通过反复的反馈控制，得到实验所需密度的粒子水。随后打开下层水水箱阀门6，使粒子水进入下层水水箱。直至得到所需的水量后，关闭下层水水箱阀门6。

c.重新配置实验上层水。

打开上水阀门18，并打开真空泵17，将实验水槽剩余水全部抽出。在微电脑设定所需密度，微电脑通过C-T探头输入现有密度，计算得出所需的盐量或水量，通过上方盐仓下压力传感器以及自来水管内的流量计控制进盐量与进水量。通过反复的反馈控制，得到实验所需密度的粒子水。随后打开上层水水箱阀门7，使粒子水进入上层水水箱。直至得到所需的水量后，关闭上层水水箱阀门7。

d.再次实验

先打开上层水出水阀门8快速放上层水至所需高度，再打开下层水出水阀门9，较缓地放下层水避免大量混合。于是得到层化水体。

综上所述，本试验装置设计新颖，结构简单，整体性好，可靠性强；装置构件组合设计灵活，可适用范围广泛，尤其针对层化条件下的海洋流体动力学试验；本装置自动化程度高为实验室节省大量人力，缩短了实验周期；本装置为实验室节约耗材，配好一次粒子水可以使用数次而不需要清空更换。

Claims (2)

1.一种三水箱型循环利用PIV示踪粒子水的装置，其特征在于：包括三个水箱（10）（11）（12），流量计（4）和实验水槽（14），其中实验水槽（14）依次通过阀门（18）以及真空泵（17）与上部的水箱（10）连接，上部的水箱（10）内装置有C-T探头（1）、水下搅拌器（2）；上部的水箱（10）外接盐仓（16）和自来水进水口（3），在所述的自来水进水口（3）上装有流量计（4），所述的盐仓（16）设有内设有压力传感器；所述的上部的水箱（10）通过管路连接用于装上层水的水箱（11）和用于装下层水的水箱（12），装上层水的水箱（11）和用于装下层水的水箱（12）通过各自的管路连接至实验水槽（14）；所述的C-T探头（1）与微电脑连接，且微电脑还与压力传感器、自来水进口阀门、流量计（4）连接，C-T探头测量得到水箱（10）中的盐度与温度，输出到微电脑中，根据水的温盐密关系得出水的密度；通过压力传感器控制加入盐量，通过流量计控制加水量，并通过反馈控制，得到工况所需密度的粒子水。

2.根据权利要求1所述的一种三水箱型循环利用PIV示踪粒子水的装置，其特征在于：所述水箱和实验水槽（14）壁面均采用钢化玻璃板。