CN111473950A

CN111473950A - 一种试验用测试流体运动的化学示踪法

Info

Publication number: CN111473950A
Application number: CN202010360207.5A
Authority: CN
Inventors: 奚望; 陆伟刚
Original assignee: Yangzhou University
Current assignee: Yangzhou University
Priority date: 2020-04-30
Filing date: 2020-04-30
Publication date: 2020-07-31

Abstract

一种试验用测试流体运动的化学示踪法，属于物理模型观测技术领域。本发明主要分为三个部分，分别是上游试剂投放部分、中段流态观察部分和下游试纸检测部分。本发明采用稳定可靠化学示踪法，能对物理模型试验中流态运动的测量提供可靠的直观的数据支持，可直观清晰、方便快捷的观测物理模型中流体的运动。

Description

一种试验用测试流体运动的化学示踪法

技术领域

本发明涉及一种试验用测试流体运动的化学示踪法，属于物理模型观测技术领域。

背景技术

目前随着我国经济的发展，示踪技术也在不断地发展，并已经被广泛应用在土壤渗漏，径流观测，油井检测，生物化学，环境监测诸多领域，而在流体试验中应用不多。所以发明一种有利于观测同时可以精准测量水流流动状态的试验用化学示踪方法，对于进一步开展模型试验，以及实验数据的测量与观测，起到积极作用，是非常必要的。

传统的观测流态的方法：通过水尺测量进行水面线观测，对模型进行网格划分进行方格坐标法观测，同时采用示踪法进行流线的观测与记录，一般采用丝线法，烟流法（多用于气体流态观测），油流法等，还有一些高精度测绘仪器可以进行测量，但对试验对象，试验场地，操作精度都有非常高的要求，难以进行大面积的推广应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种应用于物理模型试验中，便于观测水流运动趋势、同时可以定量测量流态的新方法，即一种试验用测试流体运动的化学示踪法，可直观清晰、方便快捷的观测物理模型中流体的运动。

本发明主要分为三个部分，分别是上游试剂投放部分（一般使用针筒进行定点精准投放）、中段流态观察部分和下游试纸检测部分（使用试纸对所需要测量位置进行精准测量）。本发明安装使用方便快捷，观测简单，结果精准。

具体的，本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种试验用测试流体运动的化学示踪法，其特征是，包括以下三个部分：

1）上游试剂投放部分

选用性质或行为在该过程中与水流相同或差别极小的化学试剂，且该化学试剂和水流具有明显颜色差别，以便于观察；在上游试剂投放点，通过针筒投放一种或多种化学试剂；

2）中段流态观察部分

上游试剂投放点和下游检测点之间为中段流态观测，化学试剂由上游试剂投放点随水流运动，在水体中做布朗运动，形成具有色差的一条或多条流线，便于记录；

3）下游试纸检测部分

在下游检测点使用试纸精准提取样本，并对样本进行分析，得出不同检测点化学试剂的浓度比例，从而得知水流在上游不同位置运动至下游不同位置的扩散情况。

进一步的，所述上游试剂投放点设于上游水流顺直处，且位于上游三倍河宽处（该河宽指将天然河道缩小后的物理模型宽度），以保证化学试剂均匀散布在整个过流断面。

进一步的，若试验中上游长度不满足上游试剂投放点的要求，则增加针筒投放密度来保证化学试剂的扩散。

进一步的，在确定上游试剂投放点位置后，针筒通过投放装置联结成排布置，根据需要测试的范围，确定范围内布置的针筒数量。

进一步的，使用针筒时，需要持续缓慢地对化学试剂进行投放，且针筒插入水面线以下1/3水深处。

进一步的，所述投放装置包括两侧的边界固定器、若干针筒固定板、若干活塞连接板；每个针筒固定板中部设有供针筒穿过的安装孔，相邻针筒固定板之间铰接，且边侧针筒固定板与对应的边界固定器之间铰接；相邻针筒活塞端部之间共同铰接有一块活塞连接板，边侧针筒活塞的外侧端固定有活塞推板。

进一步的，所述边界固定器底部通过调节螺栓固定于上游水流两侧，并可通过调节螺栓调节边界固定器的高度。

进一步的，所述中段流态观察部分，采用摄像机进行化学试剂扩散变化过程的拍摄。

本发明中，选用的化学试剂加入量很小，对体系不产生显著的影响，且和水流具有明显颜色差别以便于观察，同时通过针筒据具体实验要求投放，可以在模型中精准定位，便于实验数据的收集与处理。此方法简洁实时，控制方便、观测简单，现象明显，不仅满足具体的物理模型试验要求，也能精准的为试验提供可靠直观的试验数据。本发明具体来说有以下几个优点：

（1）采用稳定可靠化学示踪法，能对物理模型试验中流态运动的测量提供可靠的直观的数据支持，尤其相比较于老式的肉眼观测进行画图描绘的方法，本发明测量结果更加精准直观，且便于分析；

（2）采用本发明的成本比较低，整体性价比高，测量可靠度高；

（3）适用性广泛（使用限制条件少），只要在可供水流流动且便于观察的物理模型内都可工作。

附图说明

图1为本发明试验用测试流体运动的化学示踪法的示意图；

图2为本发明实施例1中化学示踪法的示意图；

图3为本发明实施例1中所用投放装置的结构示意图；

图中：1、上游试剂投放点；2、有色化学试剂观测流线；3、下游检测点；1-1、边界固定器；1-2、针筒；1-3、铰接节点；1-4、调节螺栓；1-5、活塞连接板；1-6、活塞推板；1-7、针筒固定板。

具体实施方式

如图1所示，一种试验用测试流体运动的化学示踪法，包括以下部分：

1、上游试剂投放部分

在上游试剂投放段，根据实验要求确定需要进行测量的投放区域，在投放区域内选取投放点1，选用其性质或行为在该过程中与水流相同或差别极小的化学试剂，同时加入量很小，对体系不产生显著的影响，且和水流具有明显颜色差别以便于观察，通过针筒根据具体实验要求精准投放一种或多种示踪剂，连续均匀，一次性或多次将一定量的示踪剂（化学试剂）突然注入，可以在模型中精准定位，便于实验数据的收集与处理。

1.1试剂投放点

试剂投放点设施于上游水流顺直处，一般位于上游三倍河宽处，以保证化学试剂可以均匀的散布在整个过流断面，若试验中上游长度不满足或是有具体的试验测量要求，可根据具体实验要求或是增加针筒投放密度来保证化学试剂的扩散。

1.2化学试剂的选用

化学试剂可采用高锰酸钾、硫酸铜、硫酸铁等易于购买的化学试剂，当然也得据具体的试验条件来选择化学试剂的颜色、种类。

化学试剂的剂量在保证其性质或行为在该过程中与水流相同或差别极小、且和水流具有明显颜色差别以便于观察的情况下，根据具体的试验情况和化学试剂种类来选择。如：高锰酸钾试剂可采用高锰酸钾和水的质量比为1:5来进行调配。

1.3针筒的布置

在确定上游投放点位置后，针筒可联结成排布置，根据需要测试的范围，确定范围内布置针筒数量。如：A点测量宽度30cm，可布置一个针筒内装有高锰酸钾试剂；B点测量范围90cm，可布置3个针筒内装有硫酸铜试剂进行投放。使用针筒时，需要持续缓慢的对化学试剂进行投放，针筒插入水面线下约1/3水深处。

2、中段流态观察部分

在中段流态观测段，具有色差的示踪剂（化学试剂）随水流运动，在水体中做布朗运动，形成便于观察的可以显示运动轨迹的一条或多条流线2。

该试验用的模型材料尽量选用透明有机材料，如有机玻璃。中段流态观测段可以采用摄像机进行示踪剂扩散变化过程的拍摄，从而对其进行记录。

3、下游试纸检测部分

在上游持续缓慢的投放化学示踪剂，中段流态观测段观察到示踪剂已完全扩散、流态稳定且已进入下游检测端时，根据试验要求，在下游试纸检测段需要测试的下游检测点3使用试纸精准提取样本，并对样本进行分析，测量不同位置多种示踪剂的含量比例，或测量单种示踪剂的变化过程，从而推算出不同位置的示踪剂流量，并综合中段观测运动轨迹分析得出不同位置的水流流态。

实施例1

如图3所示，首先设置一个投放装置，将五个具有化学试剂的针筒1-2用边界固定器1-1、针筒固定板1-7进行连接，各针筒1-2间设置铰接节点1-3（即相邻针筒固定板之间铰接）可以对示踪剂的投放位置进行调整，上部的针筒活塞用活塞连接板1-5连接（即相邻针筒活塞端部之间共同铰接有一块活塞连接板1-5），两侧设有活塞推板1-6，同时两侧设带有调节螺栓1-4的边界固定器1-1对投放装置进行固定。

如图2所示，在使用时：

1、先将边界固定器1-1用调节螺栓1-4进行位置固定并调整高度，使得针筒1-2针头处于水面线以下1/3水深处；根据实验要求使用铰接节点1-3，调整各针筒1-2位置，在针筒1-2内根据实验要求加入不同示踪剂A、B、C；试验时按压活塞推板1-6，使示踪剂得以持续缓慢均匀的投放进入水流；

2、在中段流态观测段，使用摄像机进行示踪剂扩散变化过程的拍摄，从而对其进行记录；

3、在中段流态观测段观察到示踪剂已完全扩散、流态稳定且已进入下游检测点3时，对下游流体进行取样，分析样品中不同种类示踪剂的比例，从而结合中段流态观测段所得的中段迹线，得出流体的运动轨迹。

Claims

1.一种试验用测试流体运动的化学示踪法，其特征是，包括以下三个部分：

1）上游试剂投放部分

2）中段流态观察部分

3）下游试纸检测部分

2.根据权利要求1所述的一种试验用测试流体运动的化学示踪法，其特征是，所述上游试剂投放点设于上游水流顺直处，且位于上游三倍河宽处，以保证化学试剂均匀散布在整个过流断面。

3.根据权利要求2所述的一种试验用测试流体运动的化学示踪法，其特征是，若试验中上游长度不满足上游试剂投放点的要求，则增加针筒投放密度来保证化学试剂的扩散。

4.根据权利要求2所述的一种试验用测试流体运动的化学示踪法，其特征是，在确定上游试剂投放点位置后，针筒通过投放装置联结成排布置，根据需要测试的范围，确定范围内布置的针筒数量。

5.根据权利要求4所述的一种试验用测试流体运动的化学示踪法，其特征是，使用针筒时，需要持续缓慢地对化学试剂进行投放，且针筒插入水面线以下1/3水深处。

6.根据权利要求4所述的一种试验用测试流体运动的化学示踪法，其特征是，所述投放装置包括两侧的边界固定器、若干针筒固定板、若干活塞连接板；每个针筒固定板中部设有供针筒穿过的安装孔，相邻针筒固定板之间铰接，且边侧针筒固定板与对应的边界固定器之间铰接；相邻针筒活塞端部之间共同铰接有一块活塞连接板，边侧针筒活塞的外侧端固定有活塞推板。

7.根据权利要求6所述的一种试验用测试流体运动的化学示踪法，其特征是，所述边界固定器底部通过调节螺栓固定于上游水流两侧，并可通过调节螺栓调节边界固定器的高度。

8.根据权利要求1所述的一种试验用测试流体运动的化学示踪法，其特征是，所述中段流态观察部分，采用摄像机进行化学试剂扩散变化过程的拍摄。