CN115417470B - 基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控装置和方法 - Google Patents

基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控装置和方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及水利工程技术领域，具体涉及一种基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控装置和方法。该装置包括：超声波换器、温控装置、实验管道，实验管道包括进水阻隔管、超声波空化实验管以及出水阻隔管，超声波换器安装在超声波空化实验管上，其中：超声波换器，用于发射不同频率不同振幅的超声波，对过饱和水体进行脱气处理；温控装置，用于控制过饱和水体的温度处于恒温状态；进水阻隔管，用于阻隔超声波换器产生的超声波，减少超声波对进水区域的影响；出水阻隔管，用于阻隔超声波换器产生的超声波，减少超声波对出水区域的影响。上述装置，可以使得过饱和水体中的气体减少，保持水体中生物的生命安全以及生物种类的多样性，且节约了成本。

Description

基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控装置和方法
技术领域
本发明涉及水利工程技术领域，具体涉及一种基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控装置和方法。
背景技术
水利水电工程的建设可用于供电、灌溉、拦洪、抵御特大洪水等，在一定程度上促进了水库库区养殖业的发展。然而水利工程在运行过程中无法避免湍流的产生，特别是高坝泄水建筑物在泄水期间大量气体掺入水流，导致水中总溶解气体过饱和，打破原有的生态平衡，对鱼类和其他水生物种的生存产生一定的负面影响。水流向下游流动过程中过饱和气体消散速度较慢，在较长的距离、时间内水流中的气体保持较高的饱和度，鱼类和其他水生生物易感染气泡病死亡，水生生态系统的生物多样性遭到破坏。总溶解气体的释放是非常复杂的过程，受温度、水深、压力、气体体积、气泡尺寸及分布等诸多因素的影响。
针对总溶解气体的研究主要为饱和气体对水生生物的影响，及采取一系列相应工程措施促进过饱和水体中的气体的释放，此类方法需消耗大量的人力物力，造价较高。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控装置和方法，旨在解决现有技术中，促进过饱和水体中的气体的释放，需消耗大量的人力物力，造价较高的问题。
根据第一方面，本发明实施例提供了一种基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控装置，该装置包括：
超声波换器、温控装置、实验管道，实验管道包括进水阻隔管、超声波空化实验管以及出水阻隔管，进水阻隔管一端安装在进水口，另一端与超声波空化实验管连接，超声波空化实验管的另一端与出水阻隔管连接，出水阻隔管的另一端安装在出水口；超声波换器安装在超声波空化实验管上，其中：
超声波换器，用于发射不同频率不同振幅的超声波，对过饱和水体进行脱气处理；
温控装置，用于控制过饱和水体的温度处于恒温状态；
进水阻隔管，用于阻隔超声波换器产生的超声波，减少超声波对进水区域的影响；
出水阻隔管，用于阻隔超声波换器产生的超声波，减少超声波对出水区域的影响。
本发明实施例提供的基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控装置，包括：超声波换器、温控装置、实验管道，实验管道包括进水阻隔管、超声波空化实验管以及出水阻隔管，进水阻隔管一端安装在进水口，另一端与超声波空化实验管连接，超声波空化实验管的另一端与出水阻隔管连接，出水阻隔管的另一端安装在出水口；超声波换器安装在超声波空化实验管上，其中，超声波换器，用于发射不同频率不同振幅的超声波，对过饱和水体进行脱气处理，从而可以使得过饱和水体中的气体减少，保持水体中生物的生命安全以及生物种类的多样性。温控装置，用于控制过饱和水体的温度处于恒温状态，避免了由于超声波换器发射超声波导致过饱和水体的温度升高，从而影响了生物的生存。进水阻隔管，用于阻隔超声波换器产生的超声波，减少超声波对进水区域的影响，减少了超声波对进水区域生物的影响，保证了生物的生命安全。出水阻隔管，用于阻隔超声波换器产生的超声波，减少超声波对出水区域的影响，减少了超声波对出水区域生物的影响，保证了生物的生命安全。此外，上述基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控装置结构简单，不需要耗费大量人力物力，节约了成本。
结合第一方面，在第一方面第一实施方式中，进水阻隔管、超声波空化实验管以及出水阻隔管连接为预设形状，且进水阻隔管、超声波空化实验管以及出水阻隔管的长度均可调节。
本发明实施例提供的基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控装置，进水阻隔管、超声波空化实验管以及出水阻隔管连接为预设形状，且进水阻隔管、超声波空化实验管以及出水阻隔管的长度均可调节，可以保证进水阻隔管、超声波空化实验管以及出水阻隔管更好地阻隔超声波的作用影响，从而保证了生物的生命安全。
结合第一方面第一实施方式，在第一方面第二实施方式中，进水阻隔管、超声波空化实验管以及出水阻隔管连接为预设曲率的“S”形，且，
进水阻隔管和出水阻隔管的长度均与超声波换器发出的超声波的频率和振幅以及过饱和水体的水流流速相关；
超声波空化实验管的长度与超声波换器发出的超声波的频率和振幅、水流流速、进水阻隔管的长度、出水阻隔管的长度以及实验管道的总长相关。
本发明实施例提供的基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控装置，进水阻隔管、超声波空化实验管以及出水阻隔管连接为预设曲率的“S”形，且，进水阻隔管和出水阻隔管的长度均与超声波换器发出的超声波的频率和振幅以及过饱和水体的水流流速相关；超声波空化实验管的长度与超声波换器发出的超声波的频率和振幅、水流流速、进水阻隔管的长度、出水阻隔管的长度以及实验管道的总长相关。因此，可以保证进水阻隔管、超声波空化实验管以及出水阻隔管更好地阻隔超声波的作用影响，从而保证了生物的生命安全。
根据第二方面，本发明实施例提供了一种基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控系统，包括：水体自循环组件、水体制备组件、第一方面以及第一方面任一项实施方式的基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控装置以及检验组件，水体制备组件的出水口与基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控装置的进水口连接，基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控装置的出水口与检验组件连接，检验组件的另一端与水体自循环组件的进水口连接，水体自循环组件的出水口与水体制备组件的进水口连接；其中：
水体制备组件，用于生成过饱和水体；
水体自循环组件，用于实现过饱和水体循环；
基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控装置，用于控制过饱和水体的温度处于恒温状态下，发射不同频率不同振幅的超声波，对过饱和水体进行脱气处理；
检验组件，用于检验基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控装置对过饱和水体进行脱气处理的效果。
本发明实施例提供的基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控系统，包括：水体自循环组件、水体制备组件、第一方面以及第一方面任一项实施方式的基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控装置以及检验组件。水体制备组件，用于生成过饱和水体，水体自循环组件，用于实现过饱和水体循环，因此不需要一直加水，节约了水资源。基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控装置，用于控制过饱和水体的温度处于恒温状态下，发射不同频率不同振幅的超声波，对过饱和水体进行脱气处理，从而可以使得过饱和水体中的气体减少，保证水体中生物的生命安全以及生物种类的多样性。检验组件，用于检验基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控装置对过饱和水体进行脱气处理的效果，从而可以获取对过饱和水体进行脱气处理的效果，并根据过饱和水体进行脱气处理的效果对基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控装置进行调节，从而可以更好地对过饱和水体进行脱气处理，保证水体中生物的生命安全以及生物种类的多样性。此外，上述基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控系统结构简单，不需要耗费大量人力物力，节约了成本。
结合第二方面，在第二方面第一实施方式中，水体制备组件：包括：总溶解气体测定仪、空压机和搅拌器，其中：
总溶解气体测定仪，用于测量过饱和水体中的气体含量；
空压机，通过橡胶管与水箱内水体连通并密封，抽取待饱和水体；
搅拌器，用于对待饱和水体进行搅拌，以使气体更快融于待饱和水体中，生成过饱和水体，加快过饱和水体生成速率。
本发明实施例提供的基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控系统，水体制备组件：包括：总溶解气体测定仪、空压机和搅拌器，其中：总溶解气体测定仪，用于测量过饱和水体中的气体含量，保证了测量得到的过饱和水体中的气体含量的准确性。空压机，通过橡胶管与水箱内水体连通并密封，抽取待饱和水体，从而可以生成过饱和水体。搅拌器，用于对待饱和水体进行搅拌，以使气体更快融于待饱和水体中，生成过饱和水体，加快过饱和水体生成速率，节约了时间，提高了效率。
结合第二方面，在第二方面第二实施方式中，水体自循环组件包括：循环水泵、循环管道和流量计，其中：
循环水泵与循环管道连接，用于实现基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控系统中过饱和水体的循环流动；
循环水泵出水管道设有止逆阀，防止循环水泵关闭时过饱和水体反向流动至循环水泵泵体内；
流量计，用于测定过饱和水体的水流流量。
本发明实施例提供的基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控系统，水体自循环组件包括：循环水泵、循环管道和流量计，其中：循环水泵与循环管道连接，用于实现基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控系统中过饱和水体的循环流动，从而不需要人工添加过饱和水体，节约了水资源，且节省了人力和物力。循环水泵出水管道设有止逆阀，防止循环水泵关闭时过饱和水体反向流动至循环水泵泵体内。由于循环水泵关闭时，如果过饱和水体反向流动至循环水泵泵体内，会导致检验组件检验得到的基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控装置对过饱和水体进行脱气处理的效果不准确。因此，上述基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控系统可以保证检验组件检验得到的基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控装置对过饱和水体进行脱气处理的效果的准确性。流量计，用于测定过饱和水体的水流流量，保证了测定的过饱和水体的水流流量的准确性，进而使得基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控系统可以根据流量计测量得到的过饱和水体的水流流量继续调节水流流量。
结合第二方面，在第二方面第三实施方式中，检验组件为生物指示组件，生物指示组件包括养殖水箱、拍摄组件以及处理组件，其中：
养殖水箱，用于盛放实验鱼；
拍摄组件，用于拍摄实验鱼的图像以及视频数据，并将图像和视频数据传输至处理组件；
处理组件，用于对图像和视频数据进行识别，根据识别结果确定实验鱼患气泡病的等级，以检验基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控装置对过饱和水体进行脱气处理的效果。
本发明实施例提供的基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控系统，检验组件为生物指示组件，生物指示组件包括养殖水箱、拍摄组件以及处理组件，其中：养殖水箱，用于盛放实验鱼。拍摄组件，用于拍摄实验鱼的图像以及视频数据，并将图像和视频数据传输至处理组件，保证了拍摄的述实验鱼的图像以及视频数据的准确性。处理组件，用于对图像和视频数据进行识别，根据识别结果确定实验鱼患气泡病的等级，以检验基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控装置对过饱和水体进行脱气处理的效果，保证了检验得到的基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控装置对过饱和水体进行脱气处理的效果的准确性。
结合第二方面第三实施方式，在第一方面第四实施方式中，基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控系统，还包括：量测组件，量测组件与处理组件连接，测量组件包括PH测量计、溶解氧仪、水中盐度检测仪和温度计中的至少一种；其中：
PH测量计，用于测量经基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控装置处理后的过饱和水体的PH值；
溶解氧仪，用于测量经基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控装置处理后的过饱和水体的溶解氧浓度；
水中盐度检测仪，用于测量经基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控装置处理后的过饱和水体的EC指标值；
温度计，用于测量经基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控装置处理后的过饱和水体的温度；
处理组件，用于对图像和视频数据进行识别，根据识别结果以及测量组件上传的各项指标参数值，确定实验鱼患气泡病的等级，以检验基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控装置对过饱和水体进行脱气处理的效果。
本发明实施例提供的基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控系统，还包括：量测组件，量测组件与处理组件连接，测量组件包括PH测量计、溶解氧仪、水中盐度检测仪和温度计中的至少一种；其中：PH测量计，用于测量经基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控装置处理后的过饱和水体的PH值，保证了测量得到的过饱和水体的PH值的准确性。溶解氧仪，用于测量经基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控装置处理后的过饱和水体的溶解氧浓度，保证了测量得到的过饱和水体的溶解氧的准确性。水中盐度检测仪，用于测量经基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控装置处理后的过饱和水体的EC指标值，保证了测量得到的过饱和水体的EC指标值的准确性。温度计，用于测量经基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控装置处理后的过饱和水体的温度，保证了测量得到的过饱和水体的温度的准确性。处理组件，用于对图像和视频数据进行识别，根据识别结果以及测量组件上传的各项指标参数值，确定实验鱼患气泡病的等级，以检验基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控装置对过饱和水体进行脱气处理的效果，保证了检验得到的基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控装置对过饱和水体进行脱气处理的效果的准确性。
根据第三方面，本发明实施例提供了一种基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控方法，应用于第一方面以及第一方面任一项实施方式的基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控装置或/和第二方面以及第二方面任一项实施方式的基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控系统，包括：
获取过饱和水体对应的气体过饱和度与超声波的频率之间的第一函数以及气体过饱和度与超声波的振幅之间的第二函数；
对第一函数和第二函数进行分析，确定气体过饱和度达到最优时对应的超声波的最优频率以及最优振幅；
发射最优频率以及最优振幅对应的超声波，对过饱和水体进行脱气处理。
本发明实施例提供的基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控方法，获取过饱和水体对应的气体过饱和度与超声波的频率之间的第一函数以及气体过饱和度与超声波的振幅之间的第二函数。然后，对第一函数和第二函数进行分析，确定气体过饱和度达到最优时对应的超声波的最优频率以及最优振幅，保证了确定的气体过饱和度达到最优时对应的超声波的最优频率以及最优振幅的准确性。发射最优频率以及最优振幅对应的超声波，对过饱和水体进行脱气处理，保证了对过饱和水体进行脱气处理的效果达到最优，进而可以使得过饱和水体中的气体减少，保持水体中生物的生命安全以及生物种类的多样性。
结合第三方面，在第三方面第一实施方式中，获取气体过饱和度与超声波频率之间的第一函数以及气体过饱和度与超声波振幅之间的第二函数，包括：
控制过饱和水体的温度处于恒温状态；
依次发送振幅相同，频率不同的多种超声波，测量每次发送超声波后过饱和水体对应的气体过饱和度的衰退数据，并根据测量结果与各超声波之间的关系，生成第一函数；
依次发生频率相同，振幅不同的多种超声波，测量每次发送超声波后过饱和水体对应的气体过饱和度的衰退数据，并根据测量结果与各超声波之间的关系，生成第二函数。
本发明实施例提供的基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控方法，控制过饱和水体的温度处于恒温状态；依次发送振幅相同，频率不同的多种超声波，测量每次发送超声波后过饱和水体对应的气体过饱和度的衰退数据，并根据测量结果与各超声波之间的关系，生成第一函数，保证了生成的第一函数的准确性。依次发生频率相同，振幅不同的多种超声波，测量每次发送超声波后过饱和水体对应的气体过饱和度的衰退数据，并根据测量结果与各超声波之间的关系，生成第二函数，保证了生成的第二函数的准确性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是应用本发明实施例提供的基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控装置的结构示意图；
图2为是应用本发明实施例提供的超声波空化气泡传播周期示意图；
图3是应用本发明另一实施例提供的基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控系统的结构示意图；
图4是应用本发明另一实施例提供的基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控系统的结构示意图；
图5是应用本发明另一实施例提供的基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控方法的流程图；
图6是应用本发明另一实施例提供的基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控方法的流程图；
图7是应用本发明另一实施例提供的不同超声波频率下TDG衰减情况示意图；
图8是应用本发明另一实施例提供的最优超声波频率不同振幅下TDG衰减情况示意图；
其中，
基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控装置1；
超声波换器11；
温控装置12；
实验管道13；
进水阻隔管131；
超声波空化实验管132；
出水阻隔管133；
水体自循环组件2；
循环水泵21；
循环管道22；
流量计23
水体制备组件3；
总溶解气体测定仪31；
空压机32；
搅拌器33；
检验组件/生物指示组件4；
养殖水箱41；
拍摄组件42；
处理组件43；
量测组件5；
PH测量计51；
溶解氧仪52；
水中盐度检测仪53；
温度计54。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明的描述中，需要说明的是，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“及/和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本申请一个实施例中，如图1所示，提供了一种基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控装置1，装置包括：
超声波换器11、温控装置12、实验管道13，实验管道13包括进水阻隔管131、超声波空化实验管132以及出水阻隔管133，进水阻隔管131一端安装在进水口，另一端与超声波空化实验管132连接，超声波空化实验管132的另一端与出水阻隔管133连接，出水阻隔管133的另一端安装在出水口；超声波换器11安装在超声波空化实验管132上，其中：
超声波换器11，用于发射不同频率不同振幅的超声波，对过饱和水体进行脱气处理。
具体地，超声波换器11包括超声波发射器与通气眼，其中，超声波发射器可调节不同频率不同振幅的声波，用于研究不同频率不同振幅的超声波对过饱和水体的脱气效果。通气眼释放由空化气泡破裂放出的空气，避免管道充气严重损坏。如图2所示，为超声波空化气泡传播周期示意图。
温控装置12，用于控制过饱和水体的温度处于恒温状态。
具体地，温控装置12可以测量过饱和水体的温度，为了避免超声波对过饱和水体的温度产生影响，因此，温控装置12可以根据测量得到的过饱和水体的温度，控制过饱和水体的温度处于恒温状态。
示例性的，温控装置12控制水体温度恒处于25℃，避免水温变化对基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控装置1对过饱和水体进行脱气处理结果的影响。
进水阻隔管131，用于阻隔超声波换器11产生的超声波，减少超声波对进水区域的影响。
出水阻隔管133，用于阻隔超声波换器11产生的超声波，减少超声波对出水区域的影响。
具体地，进水阻隔管131可以阻隔超声波换器11产生的超声波，减少超声波对进水区域的影响。出水阻隔管133可以阻隔超声波换器11产生的超声波，减少超声波对出水区域的影响。
本发明实施例提供的基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控装置1，包括：超声波换器11、温控装置12、实验管道13，实验管道13包括进水阻隔管131、超声波空化实验管132以及出水阻隔管133，进水阻隔管131一端安装在进水口，另一端与超声波空化实验管132连接，超声波空化实验管132的另一端与出水阻隔管133连接，出水阻隔管133的另一端安装在出水口；超声波换器11安装在超声波空化实验管132上，其中，超声波换器11，用于发射不同频率不同振幅的超声波，对过饱和水体进行脱气处理，从而可以使得过饱和水体中的气体减少，保持水体中生物的生命安全以及生物种类的多样性。温控装置12，用于控制过饱和水体的温度处于恒温状态，避免了由于超声波换器11发射超声波导致过饱和水体的温度升高，从而影响了生物的生存。进水阻隔管131，用于阻隔超声波换器11产生的超声波，减少超声波对进水区域的影响，减少了超声波对进水区域生物的影响，保证了生物的生命安全。此外，上述基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控装置结构简单，不需要耗费大量人力物力，节约了成本。出水阻隔管133，用于阻隔超声波换器11产生的超声波，减少超声波对出水区域的影响，减少了超声波对出水区域生物的影响，保证了生物的生命安全。此外，上述基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控装置结构简单，不需要耗费大量人力物力，节约了成本。
在本申请一种可选的实施方式中，进水阻隔管131、超声波空化实验管132以及出水阻隔管133连接为预设形状，且进水阻隔管131、超声波空化实验管132以及出水阻隔管133的长度均可调节。
可选的，进水阻隔管131、超声波空化实验管132以及出水阻隔管133连接为可以连接为一根直直的长管；可选的，进水阻隔管131、超声波空化实验管132以及出水阻隔管133连接为可以连接为一个半圆形状；可选的，进水阻隔管131、超声波空化实验管132以及出水阻隔管133连接为可以连接为一个方形，本申请实施例对进水阻隔管131、超声波空化实验管132以及出水阻隔管133连接的预设形状不做具体限定。
具体地，进水阻隔管131、超声波空化实验管132以及出水阻隔管133的长度均可以根据超声波的频率以及振幅进行调节。
超声波空化实验管132以及出水阻隔管133的长度均可调节。
本发明实施例提供的基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控装置1，进水阻隔管131、超声波空化实验管132以及出水阻隔管133连接为预设形状，且进水阻隔管131、超声波空化实验管132以及出水阻隔管133的长度均可调节，可以保证进水阻隔管131、超声波空化实验管132以及出水阻隔管133更好地阻隔超声波的作用影响。
在本申请一种可选的实施方式中，进水阻隔管131、超声波空化实验管132以及出水阻隔管133连接为预设曲率的“S”形，且，
进水阻隔管131和出水阻隔管133的长度均与超声波换器11发出的超声波的频率和振幅以及过饱和水体的水流流速相关；
超声波空化实验管132的长度与超声波换器11发出的超声波的频率和振幅、水流流速、进水阻隔管131的长度、出水阻隔管133的长度以及实验管道13的总长相关。
具体地，如图1所示，进水阻隔管131、超声波空化实验管132以及出水阻隔管133之间通过法兰连接，连接处设有可透水隔音材料，使水体流场通过并阻隔超声波作用对进水阻隔管131和出水阻隔管133内水体的影响。进水阻隔管131、超声波空化实验管132以及出水阻隔管133连接为预设曲率的“S”形。
在本申请一种可选的实施方式中，进水阻隔管131、出水阻隔管133以及超声波空化实验管132的长度可以根据如下公式计算得到：
Figure BDA0003825423470000141
Figure BDA0003825423470000142
Figure BDA0003825423470000143
其中，L1表示进水阻隔管131长度；L2表示出水阻隔管133长度；L3表示超声波空化实验管132长度；fi为设置某i时刻的超声波频率；β1、β2、均为修正系数；ui为某i时刻水流流速；k1、k2为调整振幅的误差系数；μ1、μ2、μ3分别为L1、L2、fi的修正系数；α为L3中实验管的弯管弧度；L4为实验管道13的总长；N为组成超声波空化实验管132的单元个数。
本发明实施例提供的基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控装置1，进水阻隔管131、超声波空化实验管132以及出水阻隔管133连接为预设曲率的“S”形，且，进水阻隔管131和出水阻隔管133的长度均与超声波换器11发出的超声波的频率和振幅以及过饱和水体的水流流速相关；超声波空化实验管132的长度与超声波换器11发出的超声波的频率和振幅、水流流速、进水阻隔管131的长度、出水阻隔管133的长度以及实验管道13的总长相关。因此，可以保证进水阻隔管131、超声波空化实验管132以及出水阻隔管133更好地阻隔超声波的作用影响。
为了更好地介绍本申请实施例提供的基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控装置1，如图3所示，本申请实施例还提供了一种基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控系统，包括：水体自循环组件2、水体制备组件3、上述任一项实施例的基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控装置1以及检验组件4，水体制备组件3的出水口与基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控装置1的进水口连接，基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控装置1的出水口与检验组件4连接，检验组件4的另一端与水体自循环组件2的进水口连接，水体自循环组件2的出水口与水体制备组件3的进水口连接；其中：
水体制备组件3，用于生成过饱和水体。
具体地，水体制备组件3可以在已有水体中添加气体，从而可以生成过饱和水体。
在本申请一种可选的实施方式中，水体制备组件3：包括：总溶解气体测定仪31、空压机32和搅拌器33，其中：
总溶解气体测定仪31，用于测量过饱和水体中的气体含量。
空压机32，通过橡胶管与水箱内水体连通并密封，抽取待饱和水体；
搅拌器33，用于对待饱和水体进行搅拌，以使气体更快融于待饱和水体中，生成过饱和水体，加快过饱和水体生成速率。
具体地，空压机32通过橡胶管与水箱内水体连通并密封，抽取待饱和水体。然后，搅拌器33对对待饱和水体进行搅拌，以使气体更快融于待饱和水体中，生成过饱和水体，加快过饱和水体生成速率。然后，总溶解气体测定仪31对过饱和水体中的气体含量进行测量，当过饱和水体中的气体含量未达到饱和时，搅拌器33继续对待饱和水体进行搅拌，以使气体更快融于待饱和水体中，生成过饱和水体。
水体自循环组件2，用于实现过饱和水体循环。
在本申请一种可选的实施方式中，水体自循环组件2可以是通过回水池和水泵组成的。回水池可以接收基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控装置1对过饱和水体进行脱气处理后的水体，水泵继续将回水池中的水抽回至，继续由水体制备组件3生成过饱和水体，从而实现过饱和水体循环。
在本申请另一种可选的实施方式中，水体自循环组件2包括：循环水泵21、循环管道22和流量计23，其中：
循环水泵21与循环管道22连接，用于实现基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控系统中过饱和水体的循环流动；
循环水泵21出水管道设有止逆阀，防止循环水泵21关闭时过饱和水体反向流动至循环水泵21泵体内；
流量计23，用于测定过饱和水体的水流流量。
具体地，循环水泵21与循环管道22为卧式管道泵式连接，循环水泵21可以将过饱和水体抽入循环管道22，然后将循环管道22内的传输至水体制备组件3。
此外，由于循环水泵21关闭时，如果过饱和水体反向流动至循环水泵21泵体内，会导致检验组件4检验得到的基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控装置1对过饱和水体进行脱气处理的效果不准确。因此，在循环水泵21出水管道设有止逆阀，防止循环水泵21关闭时过饱和水体反向流动至循环水泵21泵体内。
此外，水体自循环组件2还包括流量计23，流量计23可以测定过饱和水体的水流流量，从而保证了测量得到的水流流量的准确性。
基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控装置1，用于控制过饱和水体的温度处于恒温状态下，发射不同频率不同振幅的超声波，对过饱和水体进行脱气处理。
关于该基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控装置1可以参见上述实施例对基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控装置1的介绍，在此不进行赘述。
检验组件4，用于检验基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控装置1对过饱和水体进行脱气处理的效果。
在本申请一种可选的实施方式中，检验组件4可测量基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控装置1对过饱和水体进行脱气处理之后过饱和水体中的气体含量，从而检验基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控装置1对过饱和水体进行脱气处理的效果。
在本申请另一种可选的实施方式中，检验组件4为生物指示组件4，生物指示组件4包括养殖水箱41、拍摄组件42以及处理组件43，其中：
养殖水箱41，用于盛放实验鱼；
拍摄组件42，用于拍摄实验鱼的图像以及视频数据，并将图像和视频数据传输至处理组件43；
处理组件43，用于对图像和视频数据进行识别，根据识别结果确定实验鱼患气泡病的等级，以检验基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控装置1对过饱和水体进行脱气处理的效果。
具体地，养殖水箱41的进水口可以与基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控装置1中的出水阻隔管133连接，从而使得养殖水箱41中的水体为被基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控装置1进行脱气处理后的水体。
在本申请一种可选的实施方式中，实验鱼实验前需至少暂养2～4小时使其充分适应水体环境，然后，拍摄组件42可以拍摄实验鱼的图像以及视频数据，并将图像和视频数据传输至处理组件43。然后，处理组件43对图像和视频数据进行识别，根据识别结果确定实验鱼患气泡病的等级。其中，鱼类患气泡病的特征可以包括鱼类出现游泳能力下降，频繁跳出水面，背鳍、尾鳍充血、发红等症状。然后，处理组件43可以根据确定的实验鱼患气泡病的等级，检验基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控装置1对过饱和水体进行脱气处理的效果。
示例性的，假设实验鱼患气泡病的等级为3级，表明实验鱼患气泡病比较轻微，确定基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控装置1对过饱和水体进行脱气处理的效果为优秀；假设实验鱼患气泡病的等级为1级，表明实验鱼患气泡病比较严重，确定基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控装置1对过饱和水体进行脱气处理的效果为较差。
在本申请另一种可选的实施方式中，基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控系统，还包括：量测组件5，量测组件5与处理组件43连接，测量组件包括PH测量计51、溶解氧仪52、水中盐度检测仪53和温度计54中的至少一种；其中：
PH测量计51，用于测量经基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控装置1处理后的过饱和水体的PH值。
溶解氧仪52，用于测量经基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控装置1处理后的过饱和水体的溶解氧浓度。
水中盐度检测仪53，用于测量经基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控装置1处理后的过饱和水体的EC指标值。
温度计54，用于测量经基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控装置1处理后的过饱和水体的温度。
处理组件43，用于对图像和视频数据进行识别，根据识别结果以及测量组件上传的各项指标参数值，确定实验鱼患气泡病的等级，以检验基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控装置1对过饱和水体进行脱气处理的效果。
具体地，PH测量计51可以测量经基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控装置1处理后的过饱和水体的PH值；溶解氧仪52可以测量经基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控装置1处理后的过饱和水体的溶解氧浓度；水中盐度检测仪53可以测量经基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控装置1处理后的过饱和水体的EC指标值；温度计54可以测量经基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控装置1处理后的过饱和水体的温度。
处理组件43可以获取经基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控装置1处理后的过饱和水体的各项参数值。然后，对图像和视频数据进行识别，根据识别结果确定实验鱼患气泡病的等级。其中，鱼类患气泡病的特征可以包括鱼类出现游泳能力下降，频繁跳出水面，背鳍、尾鳍充血、发红等症状。然后，处理组件43可以根据确定的实验鱼患气泡病的等级以及经基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控装置1处理后的过饱和水体的各项参数值之间的关系，检验基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控装置1对过饱和水体进行脱气处理的效果。
本发明实施例提供的基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控系统，包括：水体自循环组件2、水体制备组件3、第一方面以及第一方面任一项实施方式的基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控装置1以及检验组件4。水体制备组件3，用于生成过饱和水体，水体自循环组件2，用于实现过饱和水体循环，因此不需要一直加水，节约了水资源。基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控装置1，用于控制过饱和水体的温度处于恒温状态下，发射不同频率不同振幅的超声波，对过饱和水体进行脱气处理，从而可以使得过饱和水体中的气体减少，保证水体中生物的生命安全以及生物种类的多样性。检验组件4，用于检验基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控装置1对过饱和水体进行脱气处理的效果，从而可以获取对过饱和水体进行脱气处理的效果，并根据过饱和水体进行脱气处理的效果对基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控装置1进行调节，从而可以更好地对过饱和水体进行脱气处理，保证水体中生物的生命安全以及生物种类的多样性。
其中，水体制备组件3：包括：总溶解气体测定仪31、空压机32和搅拌器33，其中：总溶解气体测定仪31，用于测量过饱和水体中的气体含量，保证了测量得到的过饱和水体中的气体含量的准确性。空压机32，通过橡胶管与水箱内水体连通并密封，抽取待饱和水体，从而可以生成过饱和水体。搅拌器33，用于对待饱和水体进行搅拌，以使气体更快融于待饱和水体中，生成过饱和水体，加快过饱和水体生成速率，节约了时间，提高了效率。
水体自循环组件2包括：循环水泵21、循环管道22和流量计23，其中：循环水泵21与循环管道22连接，用于实现基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控系统中过饱和水体的循环流动，从而不需要人工添加过饱和水体，节约了水资源，且节省了人力和物力。循环水泵21出水管道设有止逆阀，防止循环水泵21关闭时过饱和水体反向流动至循环水泵21泵体内。由于循环水泵21关闭时，如果过饱和水体反向流动至循环水泵21泵体内，会导致检验组件4检验得到的基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控装置1对过饱和水体进行脱气处理的效果不准确。因此，上述基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控系统可以保证检验组件4检验得到的基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控装置1对过饱和水体进行脱气处理的效果的准确性。流量计23，用于测定过饱和水体的水流流量，保证了测定的过饱和水体的水流流量的准确性，进而使得基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控系统可以根据流量计23测量得到的过饱和水体的水流流量继续调节水流流量。
检验组件4为生物指示组件4，生物指示组件4包括养殖水箱41、拍摄组件42以及处理组件43，其中：养殖水箱41，用于盛放实验鱼。拍摄组件42，用于拍摄实验鱼的图像以及视频数据，并将图像和视频数据传输至处理组件43，保证了拍摄的述实验鱼的图像以及视频数据的准确性。处理组件43，用于对图像和视频数据进行识别，根据识别结果确定实验鱼患气泡病的等级，以检验基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控装置1对过饱和水体进行脱气处理的效果，保证了检验得到的基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控装置1对过饱和水体进行脱气处理的效果的准确性。
此外，基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控系统，还包括：量测组件5，量测组件5与处理组件43连接，测量组件包括PH测量计51、溶解氧仪52、水中盐度检测仪53和温度计54中的至少一种；其中：PH测量计51，用于测量经基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控装置1处理后的过饱和水体的PH值，保证了测量得到的过饱和水体的PH值的准确性。溶解氧仪52，用于测量经基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控装置1处理后的过饱和水体的溶解氧浓度，保证了测量得到的过饱和水体的溶解氧的准确性。水中盐度检测仪53，用于测量经基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控装置1处理后的过饱和水体的EC指标值，保证了测量得到的过饱和水体的EC指标值的准确性。温度计54，用于测量经基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控装置1处理后的过饱和水体的温度，保证了测量得到的过饱和水体的温度的准确性。处理组件43，用于对图像和视频数据进行识别，根据识别结果以及测量组件上传的各项指标参数值，确定实验鱼患气泡病的等级，以检验基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控装置1对过饱和水体进行脱气处理的效果，保证了检验得到的基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控装置1对过饱和水体进行脱气处理的效果的准确性。
在本申请一种可选的实施方式中，如图4所示，上述基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控系统还可以包括对照装置，该对照装置包括：对照水体自循环组件、对照水体制备组件、对照生物指示组件4以及对照量测组件。其中：
对照水体制备组件：包括：总溶解气体测定仪、空压机和搅拌器。总溶解气体测定仪，用于测量过饱和水体中的气体含量；空压机，通过橡胶管与水箱内水体连通并密封，抽取待饱和水体；搅拌器，用于对待饱和水体进行搅拌，以使气体更快融于待饱和水体中，生成过饱和水体，加快过饱和水体生成速率。
对照水体自循环组件包括：循环水泵、循环管道和流量计，循环水泵与循环管道连接，用于实现基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控系统中过饱和水体的循环流动；循环水泵出水管道设有止逆阀，防止循环水泵关闭时过饱和水体反向流动至循环水泵泵体内；流量计，用于测定过饱和水体的水流流量。
对照生物指示组件，对照生物指示组件包括养殖水箱、拍摄组件以及处理组件，养殖水箱，用于盛放实验鱼；拍摄组件，用于拍摄实验鱼的图像以及视频数据，并将图像和视频数据传输至处理组件；处理组件，用于对图像和视频数据进行识别，根据识别结果确定实验鱼患气泡病的等级，并为生物指示组件中的处理组件提供对照。
为了更好的介绍本申请实施例提供的基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控系统，如图5所示，本申请实施例提供的基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控系统工作原理如下：向生物指示组件和对照生物指示组件内充水至规定水深，将相同类型的试验用鱼放入生物指示组件和对照生物指示组件的养殖水箱中均暂养至少2～4小时，打开循环水泵使基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控系统内水体循环流动，并通过观察流量计以确保两实验区域内水流流速相同。开启水体制备组件和对照水体制备组件中的空压机和搅拌器，使气体快速均匀地融入水体中形成过饱和水体，通过总溶解气体测定仪测定实验水体中气体含量，确保两实验区域气体含量相同。保持温控装置处于开启状态，使整个实验区域内水体温度为25℃，开启超声波换器，依次调节不同超声波频率，测量经超声波处理后实验水体的气体过饱和程度，并对比两实验区域的试验用鱼不同行为表现及所患气泡病的严重程度验证实验结果的可信度，经测量确定使过饱和水体脱气效果最好的超声波频率为最佳的超声波工作频率Fb。将超声波换能器调节至工作频率Fb，在该固定最佳工作频率下，调整超声波换能器在不同振幅下的实验水体溶解氧衰脱气效果，确定最佳振幅。最后经量测单元中测量水体各项指标参数值，量化实验结果。实验中，依次调节超声波频率为0kHz、25kHz、50kHz、600kHz、800kHz、1150kHz，通过超声波处理后实验水体溶解氧饱和度的衰减情况，确定最佳的超声波工作频率Fb为25kHz。设置超声波换器工作频率为25kHz，调节超声波换器在不同振幅下(1P0、0.8P0、0.6P0、0.4P0、0.2P0)实验水体溶解氧脱气效果，确定最佳工作频率下的最佳振幅为1P0。
为了更好地说明本申请实施例提供的基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控装置以及基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控系统，本申请实施例提供了一种基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控方法，应用于上述实施方式中任一项基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控装置或/和上述实施方式中任一项的基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控系统，如图6所示，该方法包括：
S41、获取过饱和水体对应的气体过饱和度与超声波的频率之间的第一函数以及气体过饱和度与超声波的振幅之间的第二函数。
在本申请一种可选的实施方式中，上述S41“获取过饱和水体对应的气体过饱和度与超声波的频率之间的第一函数以及气体过饱和度与超声波的振幅之间的第二函数”，可以包括如下步骤：
S411、控制过饱和水体的温度处于恒温状态。
在本申请一种可选的实施方式中，在控制过饱和水体的温度处于恒温状态之前，需要保证过饱和水体的PH值、溶解氧、电导率等参数稳定，且过饱和水体中的气体溶解氧饱和程度达到目标值且保持稳定之后，控制过饱和水体的温度处于恒温状态。
S412、依次发送振幅相同，频率不同的多种超声波，测量每次发送超声波后过饱和水体对应的气体过饱和度的衰退数据，并根据测量结果与各超声波之间的关系，生成第一函数。
具体地，基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控装置依次发送振幅相同，频率不同的多种超声波，并在每次发送超声波之后，检测过饱和水体对应的气体过饱和度的衰退数据，然后生成每个超声波对应的气体过饱和度的衰退曲线。
然后，根据测量结果与各超声波之间的关系，建立释放系数与超声波频率之间的函数关系，生成第一函数。
示例性的，假设基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控装置依次发送振幅为1P0，频率分别为25kHz，50kHz，600kHz，800kHz，1150kHz，然后测量每次发送超声波后过饱和水体对应的气体过饱和度的衰退数据，以及未发送超声波时，过饱和水体对应的气体过饱和度的衰退数据。然后生成每个超声波对应的气体过饱和度的衰退曲线以及未发送超声波时气体过饱和度的衰退数据，具体如图7所示。
示例性的，第一函数可以如下公式(4)所示：
Figure BDA0003825423470000231
对上述公式(4)行积分后分别得到：
Figure BDA0003825423470000232
其中，G为初始时刻下的气体过饱和程度，％；GFt为超声波F频率下t时刻的气体过饱和程度，％；kt为耗散系数，h-1；t为时间，h。
S413、依次发生频率相同，振幅不同的多种超声波，测量每次发送超声波后过饱和水体对应的气体过饱和度的衰退数据，并根据测量结果与各超声波之间的关系，生成第二函数。
具体地，基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控装置可以根据上述第一函数，确定气体过饱和度达到最优时对应的超声波的最优频率。然后，将超声波的频率调节到最优频率，然后，依次发生频率相同，振幅不同的多种超声波，并在每次发送超声波之后，检测过饱和水体对应的气体过饱和度的衰退数据，然后生成每个超声波对应的气体过饱和度的衰退曲线。然后，根据测量结果与各超声波之间的关系，建立释放系数与超声波振幅之间的函数关系，生成第二函数。
示例性的，假设气体过饱和度达到最优时对应的超声波的最优频率为25kHz。然后，将超声波的频率调节到25kHz，然后，依次发生频率相同，振幅分别为1P0、0.8P0、0.6P0、0.4P0、0.2P0，并在每次发送超声波之后，检测过饱和水体对应的气体过饱和度的衰退数据，然后生成每个超声波对应的气体过饱和度的衰退曲线。然后，根据测量结果与各超声波之间的关系，生成第二函数，具体如图8所示。
示例性的，第一函数可以如下公式(6)所示：
Figure BDA0003825423470000241
对上述公式(3)行积分后分别得到：
Figure BDA0003825423470000242
其中，G为初始时刻下的气体过饱和程度，％；GPt为超声波P振幅下t时刻的气体过饱和程度，％；kt为耗散系数，h-1；t为时间，h。
示例性的，部分试验数据如下：
表1不同超声波频率下过饱和水体的气体过饱和程度(mg/L)
Figure BDA0003825423470000243
/>
Figure BDA0003825423470000251
表2最佳超声波工作频率下不同振幅的实验水体气体过饱和程度(mg/L)
振幅 4分钟 8分钟 12分钟 16分钟 20分钟
0.2P0 1679 1543 1423 1327 1253
0.4P0 1594 1404 1263 1162 1044
0.6P0 1548 1332 1186 1061 973
0.8P0 1484 1242 1085 986 888
1P0 1474 1205 1016 853 763
S42、对第一函数和第二函数进行分析，确定气体过饱和度达到最优时对应的超声波的最优频率以及最优振幅。
具体地，在获取到第一函数和第二函数之后，可以对第一函数和第二函数进行数据分析，确定气体过饱和度达到最优时对应的超声波的最优频率以及最优振幅。
S43、发射最优频率以及最优振幅对应的超声波，对过饱和水体进行脱气处理。
具体地，基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控装置发射最优频率以及最优振幅对应的超声波，对过饱和水体进行脱气处理。
本发明实施例提供的基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控方法，控制过饱和水体的温度处于恒温状态；依次发送振幅相同，频率不同的多种超声波，测量每次发送超声波后过饱和水体对应的气体过饱和度的衰退数据，并根据测量结果与各超声波之间的关系，生成第一函数，保证了生成的第一函数的准确性。依次发生频率相同，振幅不同的多种超声波，测量每次发送超声波后过饱和水体对应的气体过饱和度的衰退数据，并根据测量结果与各超声波之间的关系，生成第二函数，保证了生成的第二函数的准确性。
然后，对第一函数和第二函数进行分析，确定气体过饱和度达到最优时对应的超声波的最优频率以及最优振幅，保证了确定的气体过饱和度达到最优时对应的超声波的最优频率以及最优振幅的准确性。发射最优频率以及最优振幅对应的超声波，对过饱和水体进行脱气处理，保证了对过饱和水体进行脱气处理的效果达到最优，进而可以使得过饱和水体中的气体减少，保持水体中生物的生命安全以及生物种类的多样性。
虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (10)

1.一种基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控装置，其特征在于，所述装置包括：
超声波换器、温控装置、实验管道，所述实验管道包括进水阻隔管、超声波空化实验管以及出水阻隔管，所述进水阻隔管一端安装在进水口，另一端与所述超声波空化实验管连接，所述超声波空化实验管的另一端与所述出水阻隔管连接，所述出水阻隔管的另一端安装在出水口；所述超声波换器安装在所述超声波空化实验管上，其中：
所述超声波换器，用于发射不同频率不同振幅的超声波，对过饱和水体进行脱气处理；
所述温控装置，用于控制所述过饱和水体的温度处于恒温状态；
所述进水阻隔管，用于阻隔所述超声波换器产生的超声波，减少所述超声波对进水区域的影响；
所述出水阻隔管，用于阻隔所述超声波换器产生的超声波，减少所述超声波对出水区域的影响。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述进水阻隔管、所述超声波空化实验管以及所述出水阻隔管连接为预设形状，且所述进水阻隔管、所述超声波空化实验管以及所述出水阻隔管的长度均可调节。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述进水阻隔管、所述超声波空化实验管以及所述出水阻隔管连接为预设曲率的“S”形，且，
所述进水阻隔管和所述出水阻隔管的长度均与所述超声波换器发出的超声波的频率和振幅以及所述过饱和水体的水流流速相关；
所述超声波空化实验管的长度与所述超声波换器发出的超声波的频率和振幅、所述水流流速、所述进水阻隔管的长度、所述出水阻隔管的长度以及所述实验管道的总长相关。
4.一种基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控系统，其特征在于，包括：水体自循环组件、水体制备组件、权利要求1-3任一项所述的基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控装置以及检验组件，所述水体制备组件的出水口与所述基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控装置的进水口连接，所述基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控装置的出水口与所述检验组件连接，所述检验组件的另一端与所述水体自循环组件的进水口连接，所述水体自循环组件的出水口与所述水体制备组件的进水口连接；其中：
所述水体制备组件，用于生成过饱和水体；
所述水体自循环组件，用于实现所述过饱和水体循环；
所述基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控装置，用于控制所述过饱和水体的温度处于恒温状态下，发射不同频率不同振幅的超声波，对所述过饱和水体进行脱气处理；
所述检验组件，用于检验所述基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控装置对所述过饱和水体进行脱气处理的效果。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述水体制备组件：包括：总溶解气体测定仪、空压机和搅拌器，其中：
所述总溶解气体测定仪，用于测量所述过饱和水体中的气体含量；
所述空压机，通过橡胶管与水箱内水体连通并密封，抽取待饱和水体；
所述搅拌器，用于对所述待饱和水体进行搅拌，以使气体更快融于所述待饱和水体中，生成所述过饱和水体，加快所述过饱和水体生成速率。
6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述水体自循环组件包括：循环水泵、循环管道和流量计，其中：
所述循环水泵与所述循环管道连接，用于实现所述基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控系统中所述过饱和水体的循环流动；
所述循环水泵出水管道设有止逆阀，防止所述循环水泵关闭时所述过饱和水体反向流动至所述循环水泵泵体内；
所述流量计，用于测定所述过饱和水体的水流流量。
7.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述检验组件为生物指示组件，所述生物指示组件包括养殖水箱、拍摄组件以及处理组件，其中：
所述养殖水箱，用于盛放实验鱼；
所述拍摄组件，用于拍摄所述实验鱼的图像以及视频数据，并将所述图像和视频数据传输至所述处理组件；
处理组件，用于对所述图像和视频数据进行识别，根据识别结果确定所述实验鱼患气泡病的等级，以检验所述基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控装置对所述过饱和水体进行脱气处理的效果。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控系统，还包括：量测组件，所述量测组件与所述处理组件连接，所述量测组件包括pH测量计、溶解氧仪、水中盐度检测仪和温度计中的至少一种；其中：
所述pH测量计，用于测量经所述基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控装置处理后的过饱和水体的pH值；
所述溶解氧仪，用于测量经所述基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控装置处理后的过饱和水体的溶解氧浓度；
所述水中盐度检测仪，用于测量经所述基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控装置处理后的过饱和水体的EC指标值；
所述温度计，用于测量经所述基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控装置处理后的过饱和水体的温度；
所述处理组件，用于对所述图像和视频数据进行识别，根据识别结果以及量测组件上传的各项指标参数值，确定所述实验鱼患气泡病的等级，以检验所述基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控装置对所述过饱和水体进行脱气处理的效果。
9.一种基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控方法，其特征在于，应用于权利要求1-3任一项所述的基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控装置或/和权利要求4-8任一项所述的基于超声波空化的河流溶解气体过饱和调控系统，包括：
获取所述过饱和水体对应的气体过饱和度与超声波的频率之间的第一函数以及所述气体过饱和度与所述超声波的振幅之间的第二函数；
对所述第一函数和所述第二函数进行分析，确定所述气体过饱和度达到最优时对应的所述超声波的最优频率以及最优振幅；
发射所述最优频率以及所述最优振幅对应的超声波，对所述过饱和水体进行脱气处理。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述获取气体过饱和度与超声波频率之间的第一函数以及气体过饱和度与超声波振幅之间的第二函数，包括：
控制所述过饱和水体的温度处于恒温状态；
依次发送振幅相同，频率不同的多种超声波，测量每次发送超声波后所述过饱和水体对应的所述气体过饱和度的衰退数据，并根据测量结果与各所述超声波之间的关系，生成所述第一函数；
依次发生频率相同，振幅不同的多种超声波，测量每次发送超声波后所述过饱和水体对应的所述气体过饱和度的衰退数据，并根据测量结果与各所述超声波之间的关系，生成所述第二函数。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116485584B (zh) * 2023-06-21 2023-08-29 水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院 高寒区大底坡河流wee协同调控方法及系统

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2517732Y (zh) * 2001-12-28 2002-10-23 宝山钢铁股份有限公司 超声耦合水供给脱气处理装置
WO2008109579A1 (en) * 2007-03-06 2008-09-12 3M Innovative Properties Company Groundwater treatment system and process involving ultrasonically induced cavitation of fluorochemicals
CN102107928A (zh) * 2009-12-24 2011-06-29 四平市维邦机械装备有限公司 功率超声空化降解高浓度有机废水预处理技术及设备
CN201896079U (zh) * 2010-10-22 2011-07-13 重庆融海超声医学工程研究中心有限公司 一种脱气水制备装置
CN106544982A (zh) * 2016-09-29 2017-03-29 河海大学 梯级水库泄洪溶解气体过饱和预警系统和方法
CN107168394A (zh) * 2017-06-29 2017-09-15 中国水产科学研究院长江水产研究所 一种实验室可定量控制的溶解性气体过饱和水体发生装置
CN111453937A (zh) * 2020-05-08 2020-07-28 上海巷西环境科技有限公司 智能化微态激发超饱和溶氧装置及河道生态活性调理系统
KR20220001232A (ko) * 2020-06-29 2022-01-05 중앙대학교 산학협력단 탈기장치와 초음파를 이용한 고농도 초미세버블 생성장치 및 생성방법

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2517732Y (zh) * 2001-12-28 2002-10-23 宝山钢铁股份有限公司 超声耦合水供给脱气处理装置
WO2008109579A1 (en) * 2007-03-06 2008-09-12 3M Innovative Properties Company Groundwater treatment system and process involving ultrasonically induced cavitation of fluorochemicals
CN102107928A (zh) * 2009-12-24 2011-06-29 四平市维邦机械装备有限公司 功率超声空化降解高浓度有机废水预处理技术及设备
CN201896079U (zh) * 2010-10-22 2011-07-13 重庆融海超声医学工程研究中心有限公司 一种脱气水制备装置
CN106544982A (zh) * 2016-09-29 2017-03-29 河海大学 梯级水库泄洪溶解气体过饱和预警系统和方法
CN107168394A (zh) * 2017-06-29 2017-09-15 中国水产科学研究院长江水产研究所 一种实验室可定量控制的溶解性气体过饱和水体发生装置
CN111453937A (zh) * 2020-05-08 2020-07-28 上海巷西环境科技有限公司 智能化微态激发超饱和溶氧装置及河道生态活性调理系统
KR20220001232A (ko) * 2020-06-29 2022-01-05 중앙대학교 산학협력단 탈기장치와 초음파를 이용한 고농도 초미세버블 생성장치 및 생성방법

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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三峡水库坝身泄流超饱和复氧分析;程香菊;陈永灿;高千红;陈燕;;水力发电学报(第06期);第62-67页 *

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