CN110375959B - 一种循环水槽组合装置及其水流循环方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种循环水槽组合装置及其水循环方法，所述循环水槽组合装置包括蓄水池和设置在蓄水池出口上方的试验段，所述蓄水池内设有阵列进水口，所述阵列进水口用于使水流进入蓄水池保持水平方向上的速度均匀分布；所述蓄水池内还设有引流挡板组件，所述引流挡板组件用于使进入蓄水池的水流快速稳定后进入试验段。与现有技术相比，其有益效果在于：本发明提供的循环水槽组合装置采用引流挡板组件，缩短了水流稳定所需的流程，节省了试验装置的占地面积，采用阵列进水口，保持水流在水平方向上速度的均匀分布，达到了以较少的费用实现较强的水槽流场调整效果；水流循环方法简化了试验装置，使试验用水可循环使用，有效节约资源。

Description

一种循环水槽组合装置及其水流循环方法

技术领域

本发明涉及循环水槽技术领域，更具体地，涉及一种循环水槽组合装置及其水流循环方法。

背景技术

随着现代科学的发展，目前不仅在船舶工程的阻力、推进、操纵性和适航性等有关研究课题方面，而且在海洋工程、渔业生产、水文、水力机械及运动科学等方面，都有越来越多的流体力学问题需要研究和解决。只要满足相似理论的要求，这些问题可以在风洞、拖曳水池、水洞或循环水槽中进行。

循环水槽是保持模型固定不动，水流在水槽内循环流动，并且保证工作段水流均匀的一种水动力试验设备。在循环水槽中，动力系统驱使水流以一定的速度循环流动，模型在工作段可进行长时间的测试，这样不仅便于进行模型的速度和压力的测量，还可通过工作段侧面和底部的观察窗进行观察或摄像。因此，对于循环水槽结构的研究，不仅具有学术价值，海洋工程,水利工程，水力机械等方面，具有重要的应用价值。

循环水槽从结构形式方面来区分，可以分为水平式循环水槽和直立式循环水槽。水平循环水槽将工作段与其动力系统设置于同一高度，由动力系统驱使水流在同一高度做循环流动，一般的水平式循环水槽包含收缩段、稳定段、扩散段等部分，存在占地面积较大的问题。而一般的立式循环水槽需要提供给流体势能以使流体达到立体上的循环流动，所以立式循环水槽所需的动力需求要大于水平式循环水槽，较大的动力使得立式循环水槽中水流进入蓄水池带来的紊乱程度高，水流在进入试验段前稳定所需的流程长，也存在试验装置占地面积大的问题。

本文循环水槽结合立式循环水槽占地面积小的有点，尝试将水槽的稳定段与蓄水池结合，并采用阵列水泵以满足立式循环水槽的动力需求，以此建成既满足试验需求又节省试验装置占地面积的循环水槽。

发明内容

本发明旨在克服上述现有技术的至少一种缺陷(不足)，提供一种循环水槽组合装置，在满足试验需求的情况下，有效缩小试验装置的占地面积。

本发明的另一个目的在于，提供上述循环水槽组合装置的一种水流循环方法，实现试验用水的循环使用，简化试验装置，节约试验用水资源。

本发明采取的技术方案是：

一种循环水槽组合装置，包括蓄水池和设置在蓄水池出口上方的试验段，所述蓄水池内设有阵列进水口，所述阵列进水口用于使水流进入蓄水池保持水平方向上的速度均匀分布；所述蓄水池内还设有引流挡板组件，所述引流挡板组件用于使进入蓄水池的水流快速稳定后进入试验段，在试验段的流动整体水平均匀，垂向可控。

本发明中，采用阵列进水口用于使水流进入蓄水池时，尽可能保持水平方向上速度的均匀分布，这样在理想状态下，期望流场的状态在正视图中的各剖面均一致；在蓄水池内设置引流挡板组件，减弱了水流进入蓄水池带来的紊乱影响，缩短了水流稳定所需的流程，在满足试验需求的情况下，节省了试验装置的占地面积。

进一步的，所述引流挡板组件包括入口挡板和分割挡板，所述入口挡板挡设在阵列进水口前方，用于挡住入射水流；所述分割挡板与入口挡板配合设置，用于分割蓄水池上部和下部的流域。具体的，所述入口挡板挡设在入水口前方，用于挡住入射水流减弱入射水流在蓄水池内流场的紊乱影响；所述分割挡板与入口挡板配合设置，用于分割蓄水池上部和下部的流域，保持上部流域的相对稳定，这样可以让蓄水池起到稳定段的作用，从而实现节省试验装置的效果。

进一步的，所述引流挡板还包括引导挡板，用于引导水流进入所述试验段。

进一步的，所述阵列进水口包括位于蓄水池下方两侧相对的第一组进水口和第二组进水口，所述第一组进水口和/或第二组进水口外对应设置阵列水泵。为了提高单位时间内到达蓄水池的进水量，本发明中采用两组进水口，为了尽可能保持水平方向上速度的均匀分布，使得流场的状态在正视图中的各剖面均一致，将两组进水口分别设置在所述蓄水池下方相对的两侧位置。

进一步的，所述引流挡板组件包括入口挡板和分割挡板块，所述入口挡板包括分别档设在所述第一组进水口和第二组进水口前方的第一入口挡板和第二入口挡板，第一入口挡板和/或第二入口挡板的一侧固定在蓄水池的底部；所述分割挡板包括第一分割挡板和第二分割挡板，所述第一分割挡板和第二分割挡板的一侧分别固定在其对应进水口所在蓄水池的同侧侧壁上方，第一分割挡板和/或第二分割挡板分别与对应的蓄水池侧壁倾斜设置。具体的，所述第一分割挡板和第二分割挡板对称设置，形成一个扩张口，这样也方便水流进入上方试验段。

进一步的，所述分割挡板呈平面挡块或曲面挡块结构，当其为曲面挡块时，曲面挡块的凹面朝下。其中，曲面挡板可以减弱蓄水池与试验段拐角处产生的涡。为模拟更多特殊的水流情况，所述分割挡板的结构设计可以多样化，本发明提供了两种具体可行的结构，其他只要采用于本发明相同中心思想设计出的结构也在本发明的保护范围内。

进一步的，所述引流挡板组件包括引导导板，所述引导导板包括两个相互搭接呈倒V字型结构的导板平面，V字型开口固定在蓄水池底部，或蓄水池底面呈倒V字型结构形成引导导板。

进一步的，所述导板平面的平面朝向阵列进水口方向。本发明中，所述引导导板的作用是引导水流向上运动，当设置两侧相对的阵列进水口时，所述引导导板还具有隔开两侧进水口的入射水流，避免两侧进水口相互干扰的作用。

本发明的另一个目的在于提供一种上述循环水槽组合装置的水流循环方法，其过程为：通过水泵将水从进水口输入蓄水池，水流经过所述蓄水池内的引流板组件后进入试验段，在试验段形成具有特定特征的流场，然后流至回水口，由回水口取水再输送到水泵。具体的，体的，在试验段设有回水口，通过设置与回水口相通的回水排管将水输送回到水泵，每次试验只用通过打开水泵就可形成特定水流效果，试验用水可循环使用，试验装置简化，有效节约试验用水资源。

进一步的，所述进水口为阵列进水口，水泵采用对应阵列水泵。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)本发明提供的循环水槽组合装置在蓄水池内设置引流挡板组件，减弱了水流进入蓄水池带来的紊乱影响，缩短了水流稳定所需的流程，在满足试验需求的情况下，节省了试验装置的占地面积；采用阵列进水口，使得水流进入蓄水池时，保持水平方向上速度的均匀分布，实现了流场在正视图中的各剖面尽可能的一致性，达到了以较少的费用实现较强的水槽流场调整效果。

(2)本发明提供的一种水流循环方法，在试验段设置出水口，使得水回流到水泵，再有水泵再次进入蓄水池，这样实现一种循环，每次试验只用通过打开水泵就可形成特定水流效果，试验用水可循环使用，试验装置简化，有效节约试验用水资源，总体来说，试验装置结构简单，成本低廉，便于预制、大批量生产、现场安装和操作方便。

附图说明

图1为本发明的实施例1装置的透视结构图。

图2为本发明的实施例1装置的右视图。

图3为本发明提供的水循环方法试验装置结构示意图。

图4为本发明的实施例2装置的透视结构图。

图5为三种不同引流挡板组件工况结构示意图。

图6为三种不同引流挡板组件工况的流场涡面图。

图7为三种不同引流挡板组件工况的流场速度截面图。

具体实施方式

本发明附图仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制。为了更好说明以下实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

实施例1

如图1、图2所示，本实施例提供了一种循环水槽组合装置，包括蓄水池10和设置在蓄水池10出口上方的试验段20，所述蓄水池10内设有阵列进水口30，所述阵列进水口30用于使水流进入蓄水池10保持水平方向上的速度均匀分布；所述蓄水池10内还设有引流挡板组件40，所述引流挡板组件40用于使进入蓄水池10的水流快速稳定后进入试验段20，在试验段20的流动整体水平均匀，垂向可控。

进一步的，所述引流挡板组件40包括入口挡板41和分割挡板42，所述入口挡板41挡设在阵列进水口30前方，用于挡住入射水流；所述分割挡板42与入口挡板41配合设置，用于分割蓄水池10上部和下部的流域。

进一步的，所述引流挡板还包括引导挡板43，用于引导水流进入所述试验段20。

进一步的，所述阵列进水口30包括位于蓄水池10下方两侧相对的第一组进水口和第二组进水口，所述第一组进水口和第二组进水口外对应设置阵列水泵50。

进一步的，所述入口挡板41包括分别档设在所述第一组进水口和第二组进水口前方的第一入口挡板和第二入口挡板，第一入口挡板和第二入口挡板的一侧固定在蓄水池10的底部；所述分割挡板42包括第一分割挡板和第二分割挡板，所述第一分割挡板和第二分割挡板的一侧分别固定在其对应进水口所在蓄水池10的同侧侧壁上方，第一分割挡板和第二分割挡板分别与对应的蓄水池10侧壁倾斜设置。具体的，所述第一分割挡板和第二分割挡板对称设置，形成一个扩张口，这样也方便水流进入上方试验段20。

进一步的，所述分割挡板42呈平面挡块或曲面挡块结构，当其为曲面挡块时，曲面挡块的凹面朝下。

进一步的，所述引流挡板组件40包括引导导板，所述引导导板包括两个相互搭接呈倒V字型结构的导板平面，V字型开口固定在蓄水池10底部，或蓄水池10底面呈倒V字型结构形成引导导板。

进一步的，所述导板平面的平面朝向阵列进水口30方向。

本发明的另一个目的在于提供一种上述循环水槽组合装置的水流循环方法，本发明提供的一种水循环方法采用水流循环方法采用如图3所示的试验装置示意图，其循环过程为：通过水泵将水从进水口输入蓄水池10，水流经过所述蓄水池10内的引流板组件后进入试验段20，在试验段20形成具有特定特征的流场，然后流至回水口70，由回水口70取水再输送到水泵。具体的，在试验段20设有回水口70，通过设置与回水口70相通的回水排管60将水输送回到水泵，每次试验只用通过打开水泵就可形成特定水流效果，试验用水可循环使用，试验装置简化，有效节约试验用水资源。

进一步的，所述进水口为阵列进水口30，水泵采用对应阵列水泵50。

实施例2

如图4所示，本实施例与实施例1不同之处在于，本实施例提供的一种循环水槽组合装置，所述分割挡板42呈曲面挡块结构，曲面挡块的凹面朝下。

为了证明采用不同的引流挡板组件40可形成特定特征的流场，本发明对比了如图5所示的三种引流板组件工况流场的漩涡面，结果如图6所示，从图6我们可以发现：采用了呈平面挡块和曲面挡块的循环水槽的蓄水池10与试验段20连接的拐角处产生的管状涡更小，其中设置了曲面模块产生的涡最小。涡可以反应水流的紊乱情况，一般来说，涡越小或者涡越少，流场越稳定。从涡面图可以看出，水流由分割挡板42向上流动时产生一顺时针、一逆时针两个相反的涡，当靠近蓄水池10与试验段20的拐角时，两个涡相互作用，从而在拐角处产生涡，挡板的设计可以有效的分割两个不同的涡，从而减小拐角处涡的大小。从图6可以看出，呈现曲面挡块结构的分割挡板42分离两个涡的效果最好，其在拐角处产生的涡也是最小。

另外，如图7所示，我们也对这三种工况流场的速度截面进行了研究，速度截面图即反应水流经过该截面时各点速度的大小，速度大小由colorbar标识，流场均匀的程度可以从速度截面的速度大小差值表现。通俗点说，流场速度越均匀，截面的颜色差越小，等值线越少。可以看出当分割挡板42为曲面挡块时的速度分布是单峰，平面挡块的速度分布是双峰，因为，可以得出曲面挡块结构的分割挡板42的设置提高了试验段20中部的流场的均匀程度。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明技术方案所作的举例，而并非是对本发明的具体实施方式的限定。凡在本发明权利要求书的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种循环水槽组合装置，包括蓄水池和设置在蓄水池出口上方的试验段，其特征在于，所述蓄水池内设有阵列进水口，所述阵列进水口用于使水流进入蓄水池保持水平方向上的速度均匀分布；所述蓄水池内还设有引流挡板组件，所述引流挡板组件用于使进入蓄水池的水流快速稳定后进入试验段，在试验段的流动整体水平均匀，垂向可控；

所述阵列进水口包括位于蓄水池下方两侧相对的第一组进水口和第二组进水口，所述第一组进水口和/或第二组进水口外对应设置阵列水泵；

所述引流挡板组件包括入口挡板和分割挡板，所述入口挡板包括分别档设在所述第一组进水口和第二组进水口前方的第一入口挡板和第二入口挡板，第一入口挡板和/或第二入口挡板的一侧固定在蓄水池的底部；所述分割挡板包括第一分割挡板和第二分割挡板，所述第一分割挡板和第二分割挡板的一侧分别固定在其对应进水口所在蓄水池的同侧侧壁上方，第一分割挡板和/或第二分割挡板分别与对应的蓄水池侧壁倾斜设置。

2.根据权利要求1所述的一种循环水槽组合装置，其特征在于，所述分割挡板呈平面挡块或曲面挡块结构，当其为曲面挡块时，曲面挡块的凹面朝下。

3.根据权利要求1所述的一种循环水槽组合装置，其特征在于，所述引流挡板组件包括引导导板，所述引导导板包括两个相互搭接呈倒V字型结构的导板平面，V字型开口固定在蓄水池底部，或蓄水池底面呈倒V字型结构形成引导导板。

4.根据权利要求3所述的一种循环水槽组合装置，其特征在于，所述导板平面的平面朝向阵列进水口方向。

5.一种循环水槽组合装置的水流循环方法，适用于权利要求1～4任一项所述的循环水槽组合装置，其特征在于，

试验段设有回水口，通过设置与回水口相同的回水排管将水输送回到水泵；

通过水泵将水从进水口输入蓄水池，水流经过所述蓄水池内的引流板组件后进入试验段，在试验段形成具有特定特征的流场，然后流至回水口，由回水口取水再输送到水泵。

6.根据权利要求5所述的循环水槽组合装置的水流循环方法，其特征在于，所述进水口为阵列进水口，水泵采用对应阵列水泵。

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