CN114235332B - 一种便于水流监测的环形水槽 - Google Patents

Abstract

本发明属于水利工程及环境科学领域，具体涉及一种便于水流监测的环形水槽，包括自下而上依次设置的底座、下平台、水槽本体、剪力环、上平台和上驱动装置，所述下平台旋转连接于所述底座上，所述水槽本体设置于所述下平台上，所述下平台和/或上平台上还设置用以对水槽本体进行监测的监测设备，所述剪力环设置于所述上平台下端，所述上驱动装置用以驱动所述上平台旋转。本发明的有益效果是：相对传统环形水槽，本发明尺寸小，易于改装，操作简便，便于安装监测设备，通过将监测设备安装于下平台上，使监测设备与水槽本体一同旋转，可实现全流场测量，可实现流场和泥沙运动的实时观测及实验数据的同步采集。

Description

一种便于水流监测的环形水槽

技术领域

本发明属于水利工程及环境科学领域，具体涉及一种便于水流监测的环形水槽。

背景技术

环形水槽相对于长直型水槽在泥沙的水力特性研究方面具有独特的优势，构造简单，不受长度限制，循环运动的模式无需流体及颗粒补给，流态及试验参数可控程度高等。其工作原理和常规结构可参考专利CN107132024A、专利CN204703117U、专利CN203216695U。

环形水槽水体的运动方式为旋转运动，而传统的监测设备相对于框架静止，监测设备难以跟随水体进行测量。此外，监测设备难以伸入环形水槽，利用侵入式设备进行水流监测极为困难。再则，传统的环形水槽剪力环与水的接触面为平面环形，剪力环制造的紊流环境单一。基于此认识，研制新型便于水流监测的试验装置极为必要。

发明内容

为了弥补现有技术的不足，本发明提供一种便于水流监测的环形水槽技术方案。

一种便于水流监测的环形水槽，包括自下而上依次设置的底座、下平台、水槽本体、剪力环、上平台和上驱动装置，所述下平台旋转连接于所述底座上，所述水槽本体设置于所述下平台上，所述下平台和/或上平台上还设置用以对水槽本体进行监测的监测设备，所述剪力环设置于所述上平台下端，所述上驱动装置用以驱动所述上平台旋转。

进一步地，所述底座上还设置用以驱动下平台旋转的下驱动装置。

进一步地，所述监测设备包括摄像组件、泥沙取样装置、温度计、pH计、浊度计、电导率计、溶解氧计、氧化还原电位计中的一种或多种。

进一步地，所述摄像组件包括用以对水槽本体进行拍摄的相机和用以为所述相机的拍摄提供补光的光源。

进一步地，所述摄像组件包括若干沿所述水槽本体环布的相机。

进一步地，所述监测设备通过设置的活动支架安装于所述下平台或上平台上，所述活动支架分别与所述监测设备和下平台或上平台可拆卸连接。

进一步地，所述活动支架包括水平部和竖直部，所述水平部用以与所述下平台或上平台连接，所述竖直部用以与所述监测设备连接。

进一步地，所述下平台上开设下平台安装孔，所述水平部上开设水平部安装孔，所述下平台安装孔与所述水平部安装孔通过紧固件连接。

进一步地，所述下平台上开设下平台安装槽，所述水平部上开设水平部安装槽，所述下平台安装槽与所述水平部安装槽通过紧固件连接。

进一步地，所述剪力环上环布若干桨叶，所述桨叶与所述剪力环可拆卸连接或固定连接。

进一步地，所述环形水槽还包括框架，所述底座和上驱动装置均设置于所述框架上。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1）本发明通过活动支架等结构实现对水槽的模块化结构改造，并配合不同的测量设备，实现不同的测量目的，功能多样，使用灵活；

2）本发明尺寸小，易于改装，操作简便，便于安装监测设备，通过将监测设备安装于下平台上，使监测设备与水槽本体一同旋转，可实现全流场测量，可实现流场和泥沙运动的实时观测及实验数据的同步采集；

3）本发明设置了桨叶，通过桨叶的更换，能够实现紊流环境的多样化。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明中下平台俯视结构示意图；

图3为本发明中活动支架结构示意图；

图4为本发明中剪力环结构示意图。

实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“一端”、 “另一端”、 “外侧”、 “上”、 “内侧”、 “水平”、 “同轴”、 “中央”、 “端部”、 “长度”、 “外端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

下面结合附图对本发明作进一步说明。

请参阅图1-4，一种便于水流监测的环形水槽，包括自下而上依次设置的底座5、下平台3、水槽本体4、剪力环404、上平台6和上驱动装置2，所述下平台3旋转连接于所述底座5上，所述底座5上还设置用以驱动下平台3旋转的下驱动装置7，所述水槽本体4设置于所述下平台3上，所述下平台3上还设置用以对水槽本体4进行监测的监测设备，所述剪力环404设置于所述上平台6下端，所述上驱动装置2用以驱动所述上平台6旋转。其中，所述上驱动装置2与上平台6传动配合，上驱动装置2还起到支撑上平台6的作用。所述上平台6与剪力环404之间通过若干螺杆连接，可以通过螺杆实现剪力环404高度的变化。所述水槽本体4的底部通过支撑架支撑设置于下平台3上。

继续参阅图1，所述监测设备包括摄像组件，所述摄像组件包括用以对水槽本体4进行拍摄的相机8和用以为所述相机8的拍摄提供补光的光源9。

在一些实施例中，所述监测设备还可以选用泥沙取样装置、温度计、pH计、浊度计、电导率计、溶解氧计、氧化还原电位计中的一种或多种。

继续参阅图1-3，所述监测设备通过设置的活动支架303安装于所述下平台3上，所述活动支架303分别与所述监测设备和下平台3可拆卸连接。其中，所述活动支架303包括水平部3031和竖直部3032，所述水平部3031用以与所述下平台3连接，所述竖直部3032用以与所述监测设备连接。其中，例如pH计这种需要伸入水槽本体4的监测设备可通过一连接支架安装于活动支架303上，再通过活动支架303安装于下平台3上，利用连接支架使pH计伸入水槽本体4中。

进一步地，所述下平台3上设置第一安装部、第二安装部和第三安装部，所述第一安装部包括环设于所述下平台3边沿的第一下平台安装孔302，所述第二安装部包括若干均匀环设的孔组，每个孔组包括若干沿径向均匀间隔排布的第二下平台安装孔304，所述第三安装部包括若干均匀环设的槽组，每个槽组包括至少一个沿径向设置的下平台安装槽301；所述水平部3031上开设水平部安装孔30311，所述水平部安装孔30311与第一下平台安装孔302或第二下平台安装孔304通过紧固件连接；所述水平部3031上开设水平部安装槽30312，所述下平台安装槽301与所述水平部安装槽30312通过紧固件连接。其中，下平台3通过上述安装孔槽的布置，能够实现部件安装的位置调整。

进一步地，所述活动支架3的竖直部3032上具有用以安装监测设备的竖直部安装孔30321和竖直部安装槽30322。

继续参阅图1，所述下平台3的底部通过设置的轴承502旋转连接于所述底座5上，所述轴承502优选为回转支承轴承。

继续参阅图4，所述剪力环404上环布若干桨叶405，所述桨叶405与所述剪力环404可拆卸连接，具体可通过紧固件连接实现。桨叶405性状可以根据实际需要进行更改。其中，桨叶405布置于剪力环404的底部，并且沿径向设置。

本发明的剪力环404通过加装桨叶405，生成可控紊流。

继续参阅图1，所述环形水槽还包括框架1，所述底座5和上驱动装置2均设置于所述框架1上，所述框架1顶部还设有若干背景布固定机构101，背景布固定机构101为挂钩，所述若干背景布固定机构101从四周包围水槽本体4，挂背景布为了摄像时获得更纯净的背景。

在本发明中，所述水槽本体4包括底板401和固接在底板401上的外壁402和内壁403，底板401的外径大于外壁402的外径，底板401的内径小于内壁403的内径。所述水槽本体4通过常规的固定支架固接于下平台3上。

在本发明中，所述底座5的底部设置常规的伸缩机构501，通过伸缩机构501保持底座5顶部的水平，伸缩机构501可以为伸缩杆等。

本发明中的上驱动装置2和下驱动装置7均为本领域的公知结构，具体可采用直流减速电机，需要为监测设备供电时，还配备常规的导电滑环使用。

使用时，水槽本体4内添加水体，使水体与剪力环404上边缘相切，水体内添加示踪颗粒。下平台3上设两组活动支架303，一组活动支架303上设光源9并垂直向上照射水体，另一个活动支架303上设相机8，并垂直于内壁403进行拍摄。如此设计，可结合PIV粒子图像测速技术，可获得水槽本体4内流速分布规律。

在一些实施例中，下平台3上设活动支架303，活动支架303上设相机8并倾斜拍摄断面上泥沙的运动情况。如此，可观测泥沙起动，并得到输沙率。

在一些实施例中，下平台3下设活动支架303，活动支架303上设光学后向散射浊度计。在一定试验条件下，直接测取水中平均含沙量随时间变化的过程，可确定出相应泥沙粒径的动水沉降速度。

在一些实施例中，下平台3上设3个活动支架303，每个活动支架303上设1个相机8，各相机9呈中心对称进行布置，各相机9垂直于水槽本体4进行拍摄，各相机拍摄的范围覆盖水槽本体4的1/3以上圆周。此外，下平台3上还设一组活动支架303，该组活动支架303上设环形LED光源并垂直向上照射水体。水槽本体4内置少量泥沙，泥沙沉降时间与试验时长相比不可忽略。如此可测量各泥沙沉降时的运动轨迹。

在一些实施例中，监测设备不仅可以安装于下平台3，也可以安装于上平台6。

在一些实施例中，可以不配备下驱动装置7，此时监测设备如果需要旋转的话，安装于上平台6上。

需要说明的是，上述活动支架303的具体结构仅为其一种实施例，由于活动支架303的功能较为简单，能够实现其功能的结构非常多，例如工字形、矩形等，因此本文中对活动支架303的结构限定不应视为对活动支架303的限制。

需要说明的是，例如PH计这种侵入式监测设备，安装时可以在剪力环404上开孔，使侵入式监测设备伸入，也可以在水槽本体4下方或侧面开孔，使进行侵入式监测设备伸入，安装方式并不唯一。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种便于水流监测的环形水槽，其特征在于，包括自下而上依次设置的底座（5）、下平台（3）、水槽本体（4）、剪力环（404）、上平台（6）和上驱动装置（2），所述下平台（3）旋转连接于所述底座（5）上，所述水槽本体（4）设置于所述下平台（3）上，所述下平台（3）上还设置用以对水槽本体（4）进行监测的监测设备，所述剪力环（404）设置于所述上平台（6）下端，所述剪力环（404）上环布若干桨叶（405），所述桨叶（405）与所述剪力环（404）可拆卸连接，通过桨叶（405）的更换，能够实现紊流环境的多样化，桨叶（405）布置于剪力环（404）的底部，所述上驱动装置（2）用以驱动所述上平台（6）旋转；

所述下平台（3）上设置第一安装部、第二安装部和第三安装部，所述第一安装部包括环设于所述下平台（3）边沿的第一下平台安装孔（302），所述第二安装部包括若干均匀环设的孔组，每个孔组包括若干沿径向均匀间隔排布的第二下平台安装孔（304），所述第三安装部包括若干均匀环设的槽组，每个槽组包括至少一个沿径向设置的下平台安装槽（301）；

所述底座（5）上还设置用以驱动下平台（3）旋转的下驱动装置（7）。

2.根据权利要求1所述的一种便于水流监测的环形水槽，其特征在于，所述监测设备包括摄像组件、泥沙取样装置、温度计、pH计、浊度计、电导率计、溶解氧计、氧化还原电位计中的一种或多种。

3.根据权利要求2所述的一种便于水流监测的环形水槽，其特征在于，所述摄像组件包括用以对水槽本体（4）进行拍摄的相机（8）和用以为所述相机（8）的拍摄提供补光的光源（9）。

4.根据权利要求3所述的一种便于水流监测的环形水槽，其特征在于，所述摄像组件包括若干沿所述水槽本体（4）环布的相机（8）。

5.根据权利要求1-4中任一所述的一种便于水流监测的环形水槽，其特征在于，所述监测设备通过设置的活动支架（303）安装于所述下平台（3）上，所述活动支架（303）分别与所述监测设备和下平台（3）可拆卸连接。

6.根据权利要求5所述的一种便于水流监测的环形水槽，其特征在于，所述活动支架（303）包括水平部（3031）和竖直部（3032），所述水平部（3031）用以与所述下平台（3）连接，所述竖直部（3032）用以与所述监测设备连接。

7.根据权利要求1-4中任一所述的一种便于水流监测的环形水槽，其特征在于，所述环形水槽还包括框架（1），所述底座（5）和上驱动装置（2）均设置于所述框架（1）上。

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