CN115478499A - 一种改善弧形排水箱涵出水流态的整流结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及市政排水技术领域，具体是一种改善弧形排水箱涵出水流态的整流结构，包括圆弧箱涵和分流单元，所述圆弧箱涵为圆弧状并且横截面为方形结构，所述圆弧箱涵内安装有分流单元，所述分流单元用于改善箱涵内水流；所述分流单元包括第一引流板、第二引流板和整流机构，第一引流板固定连接于圆弧箱涵侧壁并且长度沿水平方向弯曲，所述第一引流板上表面两侧固定安装有引流片，第二引流板位于第一引流板一端并且两端分别固定于圆弧箱涵侧壁和底部呈倾斜布置，所述第一引流板与第二引流板交错布置有多个，第一引流板沿长度方向弯曲挑高；通过第一引流板和第二引流板将圆弧外侧水流引导至圆弧内侧呈螺旋状态流动并且提高边壁压力避免空蚀现象。

Description

一种改善弧形排水箱涵出水流态的整流结构

技术领域

本发明涉及市政排水技术领域，具体是一种改善弧形排水箱涵出水流态的整流结构。

背景技术

排水箱涵通常埋入地下并用于流通排出雨水或污水，从而避免城市发生内涝的现象；由于城市实际情况复杂，排水箱涵在实际的建设过程中为了避开周围重要建筑设施，将直线结构的排水箱涵建设成为弧形结构箱涵，而弧线结构的排水箱涵在将地面水排至地下的过程中，由于水流在惯性作用下会在流动的过程中汇聚至弧形结构外侧流动，从而导致排水箱涵内的水流流态不均，而流态不均的水流则会因为内部压力变化产生气泡从而发生空蚀现象。

空蚀是指液体在流动的过程中，部分区域中液体压力下降至该区域液体温度相应的气化压力以下时，致使部分液体气化从而导致溶于液体中的气体溢出形成气泡，而气泡在流动的过程中会溃灭产生大量瞬态压力并作用在接触物表面，从而产生疲劳破坏；空蚀破坏会于接触物表面形成大量坑洞，从而进一步地影响水流流态的稳定性以及排水箱涵的安全性。

为了解决空蚀问题，其解决措施主要包括采用合理结构改善环境压力、采用减水剂或硅粉等抗蚀材质和掺入气体减蚀，其中掺入气体减蚀效果最佳并且成本最低，是目前主流的减蚀措施，掺气减蚀即强制向水流内掺入气体，通常采用内凹的槽状结构和凸出的坎状结构；掺气减蚀的原理为向水流内通气改变水流的物性，消弱作用在固体壁上的空化载荷；掺气能够降低气泡溃灭时的冲击力和破坏力，并且还能够降低水锤波的波速，水锤波即水锤现象是指流体压力快速变化产生振荡的水力撞击现象，以此来降低冲击波对边壁的破坏性；足够多的空气掺入还能够降低负压，从而避免气泡产生。

圆弧状排水箱涵在排水的过程中，由于整体呈圆弧状结构，致使水流在排水的过程中汇聚至圆弧外侧，从而致使圆弧状箱涵内水流的流态不均，但是现有技术中无法有效的改善圆弧状排水箱涵的水流流态；在中国专利CN109024860B(公开日:2019.08.20)中公开的一种保障多管进流污水提升泵站进水箱涵配水均匀的方法，在多管进流污水提升泵站的汇流井内设置横排墩、在进水箱涵内设置中隔墩与横梁，横排墩、中隔墩以及横梁构成组合式整流装置，该装置利用横排墩对汇流井多管入流进行整流从而实现均化进水箱涵入流的作用，中隔墩与横梁对进水箱涵入流起到进一步的均化和整流效果，该装置能够有效保障进水箱涵流量分配的均匀度，但是存在无法改善圆弧状结构排水箱涵流态的问题。

圆弧状排水箱涵内水流在流动的过程中，因为内部水流在惯性作用下汇聚至圆弧外侧致使流态不均，从而导致水流内部压力变化较大容易产生气泡发生空蚀现象，但是现有技术中无法有效的在封闭排水箱涵内避免空蚀情况的产生；在中国专利CN109252458B(公开日:2020.09.29)中公开的一种箱涵应急排水施工方法，包括如下步骤：步骤一，在箱涵的损坏段的上游段和下游段分别阻断水流以使破坏段停水；步骤二，切除破坏段并使上游段端面和下游段端面平整；步骤三，安装应急排水体系，将上游段端面和下游段端面之间连通；步骤四，将箱涵损坏段的上游段和下游段的水流阻断解除，恢复水流；其中，应急排水体系包括管体，该管体的两端分别连接有箱涵对接头，两个箱涵对接头分别与上游段端面和下游段端面对接，在上游段和下游段的箱涵外壁分别设有对接头稳定座，用于将箱涵对接头抵紧相应的上游段端面或下游段端面；该装置能够方便快速地搭建应急排水体系，但是无法解决排水箱涵内的空蚀问题。

发明人在检索到上述专利的同时发生在中国专利CN106930199B(公开日:2019.02.12)中公开的一种改善弧形排水箱涵出水流态的整流装置，该整流装置设置于弧形排水箱涵内，弧形排水箱涵进、出口段为直线段，中间段为圆弧段；在弧形排水箱涵的末端布置有导流墩，在导流墩上贯穿有第一横梁，第一横梁的两端与箱涵两侧壁面垂直相交，在弧形排水箱涵的出口直线段末端设有第二横梁。该装置能够改善弧形排水箱涵的出水流态，解决弧形排水箱涵出流所存在的偏流问题，但是存在无法解决圆弧状排水箱涵内的空蚀问题。

鉴于此，本发明提供一种能够改善圆弧状排水箱涵内水流流态和避免空蚀现象的一种改善弧形排水箱涵出水流态的整流结构。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种改善弧形排水箱涵出水流态的整流结构，用以解决现有圆弧状排水箱涵无法改善圆弧状排水箱涵内水流流态和避免空蚀现象的问题。

本发明提供以下技术方案：一种改善弧形排水箱涵出水流态的整流结构，包括圆弧箱涵和分流单元，所述圆弧箱涵为圆弧状并且横截面为方形结构，水流于圆弧形箱涵内流动，并且水流在流动的过程中因为惯性的作用逐渐汇聚在圆弧箱涵的圆弧外侧流动；所述圆弧箱涵内安装有分流单元，所述分流单元用于改善箱涵内水流的流态；

所述分流单元包括第一引流板、第二引流板和整流机构，第一引流板固定连接于圆弧箱涵的圆弧外侧侧壁并且长度沿水平方向弯曲至另一侧，所述第一引流板上表面两侧固定安装有引流片，第二引流板位于第一引流板一端并且两端分别固定于圆弧箱涵侧壁和底部呈倾斜布置，所述第一引流板与第二引流板交错布置有多个，所述第一引流板沿长度方向弯曲挑高，挑高的第一引流板；

水流在流动的过程中，在惯性的作用下水流沿直线流动，从而逐渐汇聚于圆弧箱涵圆弧外侧侧壁流动，使得圆弧箱涵内流态不均；流态不均的水流在流动的过程中会没过所述第一引流板，使得没过第一引流板的水流受引流片引导流向圆弧内侧，水流在被引导至圆弧内侧时从第一引流板上跌落撞击至第二引流板，第二引流板呈倾斜状结构，水流受到第二引流板的牵引向圆弧外侧的侧壁流动，并再次使水流进入第一引流板，从而形成螺旋状流动的水流；

水流在自身惯性的作用下逐渐汇聚于圆弧外侧流动，并且圆弧角度愈大的时候汇聚的水流愈多，第一引流板和第二引流板能够在圆弧角度大的时候对汇聚的水流进行引导，从而使汇聚的水流呈螺旋状态进行流动，进而平衡圆弧箱涵内的流态；并且螺旋状的水流在流动的过程中能够提高圆弧管涵侧壁的压强，进而通过提高边壁压强来避免空蚀情况的产生，同时螺旋状水流中心会产生涡核，气体会逐渐向涡核汇聚形成气带漩涡流，从而增加水流的掺气浓度，进而避免空蚀产生；挑高的第一引流板能够在引导水流流向的过程中形成挑流，即水流向上挑高随后向水面挑射，这样能够使水流相互发生交汇，即对水流进行消能又同时能掺入空气，进一步的避免了空蚀情况的产生。

作为本发明的优选方案，所述整流机构包括整流竖井，整流竖井为喇叭状开口，所述圆弧箱涵沿喇叭状开口切向连通整流竖井，所述整流竖井中部开设有出水口；整流竖井的喇叭状开口能够方便水流流入，并且圆弧箱涵沿喇叭状开口切向连通能够使水流沿喇叭状开口边壁螺旋流入，从而进一步的避免空蚀并且稳定流态；整流竖井中部开设有出水口使得整流竖井内会蕴含一定量的水，这样流入的水不足以引动整流竖井内的水整体螺旋流动，从而使水在呈螺旋流入整流竖井随后溢出至出水口，进而改善圆弧箱涵内的水流流态；螺旋状水流在水力学中具有水流流态从零变至最大的过程中流态始终稳定的优点，圆弧箱涵内的水流通过整流竖井有利于改善流出后的水流流态，方便于后续的水流处理。

作为本发明的优选方案，所述圆弧箱涵底面为阶梯状结构，所述圆弧箱涵为阶梯状结构，水流于阶梯式圆弧箱涵内流动的过程中在重力的作用下呈跌落式水流流动，跌落式水流在流动跌落至下一段底面时发生撞击，从而在撞击的过程中向两端流动产生横向的剪切力，横向的剪切力一方面能够对流动的水流进行碰撞消能，另一方面能够使水流向两端流动扩散从而均匀水流；水流在跌落的过程中与圆弧箱涵底部发生撞击的同时，水流在跌落时由于在空中呈自由落体并且不与圆弧侧壁接触，以及在与圆弧箱涵底部撞击的过程中均能掺入大量空气，从而在均匀流态的同时能够进一步的避免空蚀的产生。

作为本发明的优选方案，所述圆弧箱涵出口处布置有整流井，在水流于圆弧箱涵内流动时因为惯性汇聚至圆弧外侧流动致使流态不均，从而导致水流在流出圆弧段箱涵时因为流态不均影响后续的处理，并且流态不均的水流内部压力不均变化较大，更加容易产生气泡，从而导致气泡湮灭发出冲击产生空蚀现象；通过整流井能够对流出圆弧段流态失衡的水流进行平衡，从而避免因为流态不均产生的空蚀现象。

作为本发明的优选方案，所述圆弧箱涵出口处与圆弧段中间位置均布置有整流井，这样在圆弧段角度较大时，为了避免水流因为自身惯性过量的汇聚于圆弧外侧并且于中间位置汇聚量最大时，通过中间位置布置的整流井能够使汇聚至最大量的水流螺旋进入改变惯性方向然后溢出从而进行均流，在经过整流井均流后再次进入圆弧段并与圆弧箱涵出口处再次进入整流井均流后流出圆弧箱涵；通过整流井对汇聚水流量最大的圆弧段中间位置进行引导水流，避免了在圆弧段中间位置因为圆弧角度过大致使汇聚水流量过大从而影响水流的流通；也可通过将整流井倾斜布置，使水流在整流井内螺旋流通的过程中代替在圆弧段内流通，从而在流动的过程中减少于圆弧箱涵内流通的距离，有效避免圆弧角度过大且圆弧段过长致使水流大量汇聚与圆弧外侧的情况。

作为本发明的优选方案，所述圆弧箱涵底部固定安装有内凹槽，在水流经过内凹槽时能够产生分离，并在下游处形成空腔，在水流的紊动作用下迫使大量空气掺入水流形成水气混合体，从而再进一步的避免空蚀情况的产生；也可采用凸出结构的坎对水流进行掺气，但是在圆弧箱涵内处于封闭空间其凸出结构的坎影响水的流通，并且在水力学中凸起结构比凹陷结构更容易发生空蚀现象，所以优选采用内凹槽的结构。

作为本发明的优选方案，所述内凹槽为U形结构，U形结构的内凹槽趋于流线体在水流中受力更小，并且U形结构的内凹槽空间更大，从而使水流在经过U形结构的内凹槽时在下游处形成的空腔更大，进而能够掺入更大量的空气提高掺气效果，再进一步的避免发生空蚀现象。

作为本发明的优选方案，所述阶梯结构的圆弧箱涵内部侧壁固定安装有阶梯状结构的分流板，所述分流板用于将圆弧箱涵内的水流分离成上下两段水流，并使上端分离的水流能够于分流板表面同步呈跌断式水流；这样在排水量较大时避免因为水流量过大产生滑移水流的现象，即阶梯面被厚厚的水流层覆盖，并且阶梯表面水流层内产生空腔或气泡，跌落的水流从阶梯面边缘流过；通过分流板对大排水量进行分流成为上下两段水流，避免了因为排水量较大产生滑移水流，从而避免因为滑移水流内气泡导致的空蚀，同时避免了滑移水流致使跌落的水流无法与阶梯面碰撞导致的横向剪切力不足，从而避免因为无法通过横向的剪切力对水流进行均流作用。

作为本发明的优选方案，所述圆弧段箱涵四周均固定安装有内凹槽；这样在排水量和角度较大时，大量的水流在惯性的作用下汇聚至圆弧外侧，箱涵四周的内凹槽能够在排水量大并且汇聚至圆弧外侧的水流，或者是呈螺旋状流动的水流进行分离掺气，有利于避免排水量较大时因为掺气不足发生的空气现象。

作为本发明的优选方案，所述圆弧箱涵凸出侧壁为阶梯式结构，在排水量较大时水流汇聚至圆弧外侧贴合侧壁流动时，阶梯结构的侧壁能够使汇聚贴合侧壁流动的水流形成跌落式水流，再进一步的对流动的水流进行碰撞消能和向两端流动扩散从而均匀水流，以及对大流量的水流内掺入空气，避免了排水量较大时发生的空蚀现象，从而在均匀流态的同时能够再进一步地避免空蚀的产生；也可采用凹凸状阶梯结构，即凹面阶梯与凸面阶梯交替循环布置。

所述内凹槽为U形结构，U形结构的内凹槽趋于流线体在水流中受力更小，并且U形结构的内凹槽空间更大，从而使水流在经过U形结构的内凹槽时在下游处形成的空腔更大，进而能够掺入更大量的空气提高掺气效果，再进一步的避免发生空蚀现象。

本发明通过以上技术方案，能够实现的有益效果为：

1.本发明通过第一引流板和第二引流板相互配合的设计，能够通过第一引流板和引流片对将圆弧外侧水流引导至圆弧内侧，并由第一引流板跌落至第二引流板，从而使圆弧箱涵内的水流呈螺旋状态流动，进而在提高边壁压力避免空蚀现象的同时对圆弧箱涵内的水流进行均流，并通过避免空蚀产生的大量不规则坑洞从而改善水流流态。

2.本发明通过整流机构的设计，通过整流竖井使水流在螺旋进入后呈溢出状态流出，从而改善离开圆弧箱涵水流的流态，并通过不同的布置形式能够适应不同的排水环境；通过内凹槽的设计，在水流经过内凹槽时能够分离，从而形成空腔掺入空气，从而进一步的避免空蚀现象的产生再进一步地改善水流流态；

通过阶梯状结构的圆弧箱涵边壁，能够使流通的水流呈跌落式水流流动，从而在撞击的过程中向两端流动产生横向的剪切力，并通过横向的剪切力对水流进行碰撞消能和改善流态；并且在跌落式水流于空中跌落和撞击时能掺入大量空气，从而在均匀流态的同时能够进一步的避免空蚀的产生；并通过分流板能够避免排水量大时跌落水流发生滑移水流现象，进一步的避免了排水量大时因为滑移水流产生气泡导致的空蚀，并通过避免空蚀产生的不规则坑洞来进一步的改善水流的流态。

附图说明

下面对本发明的附图进行介绍，以便于本领域技术人员理解。

图1为本发明整体结构示意图；

图2为本发明整体结构另一侧示意图；

图3为本发明第一实施例圆弧箱涵结构示意图；

图4为本发明第一实施例圆弧箱涵剖面结构示意图；

图5为本发明第二实施例圆弧箱涵示意图；

图6为本发明第四实施例圆弧箱涵结构示意图；

图7为本发明第一和第三实施例整流井布置结构示意图；

图8为本发明第二和第四实施例整流井布置结构示意图；

图9为本发明第一和第二实施例圆弧箱涵内跌落式水流流向结构示意图；

图10为本发明第三实施例圆弧箱涵内跌落式水流流向结构示意图。

图中：圆弧箱涵1、分流单元2、第一引流板21、引流片22、第二引流板23、整流机构3、整流竖井31、喇叭状开口311、出水口312、分流板32、内凹槽33。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员理解，下面对本发明的技术方案进行详细讲解。

本发明的第一实施例中:如图1至4所示，一种改善弧形排水箱涵出水流态的整流结构，包括圆弧箱涵1和分流单元2，所述圆弧箱涵1为圆弧状并且横截面为方形结构，水流于圆弧形箱涵内流动，并且水流在流动的过程中因为惯性的作用逐渐汇聚在圆弧箱涵1的圆弧外侧流动；所述圆弧箱涵1内安装有分流单元2，所述分流单元2用于改善圆弧箱涵1内水流的流态；

所述分流单元2包括第一引流板21、第二引流板23和整流机构3，第一引流板21固定连接于圆弧箱涵1的圆弧外侧壁并且第一引流板21长度沿水平方向弯曲至圆弧内侧，所述第一引流板21上表面两侧固定安装有引流片22，第二引流板23位于第一引流板21一端并且两端分别固定于圆弧箱涵1侧壁和底部呈倾斜布置，所述第一引流板21与第二引流板23沿圆弧箱涵1内长度方向交错布置有多个，所述第一引流板21沿长度方向弯曲挑高；

水流在流动的过程中，在惯性的作用下水流沿直线流动，从而逐渐汇聚于圆弧箱涵1圆弧外侧壁流动，使得圆弧箱涵1内水流流态不均；流态不均的水流在流动的过程中会没过所述第一引流板21，使得没过第一引流板21的水流受引流片22引导流向圆弧内侧，水流在被引导至圆弧内侧时从第一引流板21上跌落撞击至第二引流板23，第二引流板23呈倾斜状结构，水流受到第二引流板23的牵引向圆弧外侧的侧壁流动，并再次使水流进入第一引流板21，从而形成螺旋状流动的水流；

水流在自身惯性的作用下逐渐汇聚于圆弧外侧流动，并且圆弧角度愈大的时候汇聚的水流愈多，第一引流板21和第二引流板23能够在圆弧角度小的时候对汇聚的水流进行引导，从而使汇聚的水流呈螺旋状态进行流动，进而平衡圆弧箱涵1内的流态；并且螺旋状的水流在流动的过程中能够提高圆弧管涵侧壁的压强，进而通过提高边壁压强来避免空蚀情况的产生，同时螺旋状水流中心会产生涡核，气体会逐渐向涡核汇聚形成气带漩涡流，从而增加水流的掺气浓度，进而避免空蚀产生；挑高的第一引流板21能够在引导水流流向的过程中形成挑流，即水流向上挑高随后向水面挑射，这样能够使水流相互发生交汇，即对水流进行消能又同时能掺入空气，进一步的避免了空蚀情况的产生。

所述整流机构3包括整流竖井31，整流竖井31为喇叭状开口311，所述圆弧箱涵1沿喇叭状开口311切向连通整流竖井31，所述整流竖井31中部开设有出水口312；整流竖井31的喇叭状开口311能够方便水流流入，并且圆弧箱涵1沿喇叭状开口311切向连通能够使水流沿喇叭状开口311边壁螺旋流入，从而进一步的避免空蚀并且稳定流态；整流竖井31中部开设有出水口312使得整流竖井31内会蕴含一定量的水，这样流入的水不足以引动整流竖井31内的水整体螺旋流动，从而使水在呈螺旋流入整流竖井31随后溢出至出水口312，进而改善圆弧箱涵1内的水流流态；螺旋状水流在水力学中具有水流流态从零变至最大的过程中流态始终稳定的优点，圆弧箱涵1内的水流通过整流竖井31有利于改善流出后的水流流态，方便于后续的水流处理。

所述圆弧箱涵1底面为阶梯状结构，所述圆弧箱涵1为阶梯状结构，水流于阶梯式圆弧箱涵1内流动的过程中在重力的作用下呈跌落式水流流动，跌落式水流在流动跌落至下一段底面时发生撞击，从而在撞击的过程中向两端流动产生横向的剪切力，横向的剪切力一方面能够对流动的水流进行碰撞消能，另一方面能够使水流向两端流动扩散从而均匀水流；水流在跌落的过程中与圆弧箱涵1底部发生撞击的同时，水流在跌落时由于在空中呈自由落体并且不与圆弧侧壁接触，以及在与圆弧箱涵1底部撞击的过程中均能掺入大量空气，从而在均匀流态的同时能够进一步的避免空蚀的产生。

所述圆弧箱涵1出口处布置有整流竖井31，在水流于圆弧箱涵1内流动时因为惯性汇聚至圆弧外侧流动致使流态不均，从而导致水流在流出圆弧段箱涵时因为流态不均影响后续的处理，并且流态不均的水流内部压力不均变化较大，所以更加容易产生气泡，从而导致气泡湮灭发出冲击产生空蚀现象；通过整流竖井31能够对流出圆弧段流态失衡的水流进行平衡，从而避免因为流态不均产生的空蚀现象。

本实施例适用于在排出量小于10m³/s和圆弧段角度小于90°处改善水流并且通过避免空蚀现象产生从而进一步地改善水流流态。

本发明的第二实施例中:如图1、图2、图5、图8和图9所示，在上述第一实施例的基础上，所述圆弧箱涵1出口处与圆弧段中间位置均布置有整流竖井31，这样在圆弧段角度较大时，为了避免水流因为自身惯性过量的汇聚于圆弧外侧并且于中间位置汇聚量最大时，通过中间位置布置的整流竖井31能够使汇聚至最大量的水流螺旋进入改变惯性方向然后溢出从而进行均流，在经过整流竖井31均流后再次进入圆弧段并与圆弧箱涵1出口处再次进入整流竖井31均流后流出圆弧箱涵1；通过整流竖井31对汇聚水流量最大的圆弧段中间位置进行引导水流，避免了在圆弧段中间位置因为圆弧角度过大致使汇聚水流量过大从而影响水流的流通；也可通过将整流竖井31倾斜布置，使水流在整流竖井31内螺旋流通的过程中代替在圆弧段内流通，从而在流动的过程中减少于圆弧箱涵1内流通的距离，有效避免圆弧角度过大且圆弧段过长致使水流大量汇聚与圆弧外侧的情况。

所述圆弧箱涵1底部固定安装有内凹槽33，所述内凹槽33内底部设置有与外界连通的通气管，通过通气管将外界空气输送至内凹槽内并掺入水流中，在水流经过内凹槽33时能够产生分离，并在下游处形成空腔，在水流的紊动作用下迫使大量空气通过通气管掺入水流形成水气混合体，从而再进一步的避免空蚀情况的产生；也可采用凸出结构的坎对水流进行掺气，但是在圆弧箱涵1内处于封闭空间其凸出结构的坎影响水的流通，并且在水力学中凸起结构比凹陷结构更容易发生空蚀现象，所以优选采用内凹槽33的结构。

所述内凹槽33为U形结构，U形结构的内凹槽33趋于流线体在水流中受力更小，并且U形结构的内凹槽33空间更大，从而使水流在经过U形结构的内凹槽33时在下游处形成的空腔更大，进而能够掺入更大量的空气提高掺气效果，再进一步的避免发生空蚀现象。

本实施例适用于排水量小于10m³/s和圆弧段角度大于90°处改善水流并且通过避免空蚀现象产生从而进一步的改善水流流态。

本发明的第三实施例中:如图1、图2、图7和图10所示，所述分流单元2包括第一引流板21、第二引流板23和整流机构3，第一引流板21固定连接于圆弧箱涵1的圆弧外侧侧壁并且长度沿水平方向弯曲至另一侧，所述第一引流板21上表面两侧固定安装有引流片22，第二引流板23位于第一引流板21一端并且两端分别固定于圆弧箱涵1侧壁和底部呈倾斜布置，所述第一引流板21与第二引流板23交错布置有多个，所述第一引流板21沿长度方向弯曲挑高，挑高的第一引流板21；

水流在流动的过程中，在惯性的作用下水流沿直线流动，从而逐渐汇聚于圆弧箱涵1圆弧外侧侧壁流动，使得圆弧箱涵1内流态不均；流态不均的水流在流动的过程中会没过所述第一引流板21，使得没过第一引流板21的水流受引流片22引导流向圆弧内侧，水流在被引导至圆弧内侧时从第一引流板21上跌落撞击至第二引流板23，第二引流板23呈倾斜状结构，水流受到第二引流板23的牵引向圆弧外侧的侧壁流动，并再次使水流进入第一引流板21，从而形成螺旋状流动的水流；

水流在自身惯性的作用下逐渐汇聚于圆弧外侧流动，并且圆弧角度愈大的时候汇聚的水流愈多，第一引流板21和第二引流板23能够在圆弧角度大的时候对汇聚的水流进行引导，从而使汇聚的水流呈螺旋状态进行流动，进而平衡圆弧箱涵1内的流态；并且螺旋状的水流在流动的过程中能够提高圆弧管涵侧壁的压强，进而通过提高边壁压强来避免空蚀情况的产生，同时螺旋状水流中心会产生涡核，气体会逐渐向涡核汇聚形成气带漩涡流，从而增加水流的掺气浓度，进而避免空蚀产生；挑高的第一引流板21能够在引导水流流向的过程中形成挑流，即水流向上挑高随后向水面挑射，这样能够使水流相互发生交汇，即对水流进行消能又同时能掺入空气，进一步的避免了空蚀情况的产生。

所述整流机构3包括整流竖井31，整流竖井31为喇叭状开口311，所述圆弧箱涵1沿喇叭状开口311切向连通整流竖井31，所述整流竖井31中部开设有出水口312；整流竖井31的喇叭状开口311能够方便水流流入，并且圆弧箱涵1沿喇叭状开口311切向连通能够使水流沿喇叭状开口311边壁螺旋流入，从而进一步的避免空蚀并且稳定流态；整流竖井31中部开设有出水口312使得整流竖井31内会蕴含一定量的水，这样流入的水不足以引动整流竖井31内的水整体螺旋流动，从而使水在呈螺旋流入整流竖井31随后溢出至出水口312，进而改善圆弧箱涵1内的水流流态；螺旋状水流在水力学中具有水流流态从零变至最大的过程中流态始终稳定的优点，圆弧箱涵1内的水流通过整流竖井31有利于改善流出后的水流流态，方便于后续的水流处理。

所述圆弧箱涵1底面为阶梯状结构，所述圆弧箱涵1为阶梯状结构，水流于阶梯式圆弧箱涵1内流动的过程中在重力的作用下呈跌落式水流流动，跌落式水流在流动跌落至下一段底面时发生撞击，从而在撞击的过程中向两端流动产生横向的剪切力，横向的剪切力一方面能够对流动的水流进行碰撞消能，另一方面能够使水流向两端流动扩散从而均匀水流；水流在跌落的过程中与圆弧箱涵1底部发生撞击的同时，水流在跌落时由于在空中呈自由落体并且不与圆弧侧壁接触，以及在与圆弧箱涵1底部撞击的过程中均能掺入大量空气，从而在均匀流态的同时能够进一步的避免空蚀的产生。

所述阶梯结构的圆弧箱涵1内部侧壁固定安装有阶梯状结构的分流板32，所述分流板32用于将圆弧箱涵1内的水流分离成上下两段水流，并使上端分离的水流能够于分流板32表面同步呈跌断式水流；这样在排水量较大时避免因为水流量过大产生滑移水流的现象，即阶梯面被厚厚的水流层覆盖，并且阶梯表面水流层内产生空腔或气泡，跌落的水流从阶梯面边缘流过；通过分流板32对大排水量进行分流成为上下两段水流，避免了因为排水量较大产生滑移水流，从而避免因为滑移水流内气泡导致的空蚀，同时避免了滑移水流致使跌落的水流无法与阶梯面碰撞导致的横向剪切力不足，从而避免因为无法通过横向的剪切力对水流进行均流作用。

所述圆弧箱涵1出口处布置有整流竖井31，在水流于圆弧箱涵1内流动时因为惯性汇聚至圆弧外侧流动致使流态不均，从而导致水流在流出圆弧段箱涵时因为流态不均影响后续的处理，并且流态不均的水流内部压力不均变化较大，更加容易产生气泡，从而导致气泡湮灭发出冲击产生空蚀现象；通过整流竖井31能够对流出圆弧段流态失衡的水流进行平衡，从而避免因为流态不均产生的空蚀现象。

所述圆弧箱涵1底部固定安装有内凹槽33，所述内凹槽33内底部设置有与外界连通的通气管，通过通气管将外界空气输送至内凹槽内并掺入水流中，在水流经过内凹槽33时能够产生分离，并在下游处形成空腔，在水流的紊动作用下迫使大量空气通过通气管掺入水流形成水气混合体，从而再进一步的避免空蚀情况的产生；也可采用凸出结构的坎对水流进行掺气，但是在圆弧箱涵1内处于封闭空间其凸出结构的坎影响水的流通，并且在水力学中凸起结构比凹陷结构更容易发生空蚀现象，所以优选采用内凹槽33的结构。

本实施例适用于排水量大于25m³/s和圆弧段角度小于90°处改善水流并且通过避免空蚀现象产生从而进一步的改善水流流态。

本发明的第四实施例中:如图1、图2、图6、图7和图8所示，在上述第三实施例的基础上，所述圆弧箱涵1出口处与圆弧段中间位置均布置有整流竖井31，这样在圆弧段角度较大时，为了避免水流因为自身惯性过量的汇聚于圆弧外侧并且于中间位置汇聚量最大时，通过中间位置布置的整流竖井31能够使汇聚至最大量的水流螺旋进入改变惯性方向然后溢出从而进行均流，在经过整流竖井31均流后再次进入圆弧段并与圆弧箱涵1出口处再次进入整流竖井31均流后流出圆弧箱涵1；通过整流竖井31对汇聚水流量最大的圆弧段中间位置进行引导水流，避免了在圆弧段中间位置因为圆弧角度过大致使汇聚水流量过大从而影响水流的流通；也可通过将整流竖井31倾斜布置，使水流在整流竖井31内螺旋流通的过程中代替在圆弧段内流通，从而在流动的过程中减少于圆弧箱涵1内流通的距离，有效避免圆弧角度过大且圆弧段过长致使水流大量汇聚与圆弧外侧的情况。

所述圆弧段箱涵四周均固定安装有内凹槽33；这样在排水量和角度较大时，大量的水流在惯性的作用下汇聚至圆弧外侧，箱涵四周的内凹槽33能够在排水量大并且汇聚至圆弧外侧的水流，或者是呈螺旋状流动的水流进行分离掺气，有利于避免排水量较大时因为掺气不足发生的空气现象。

所述圆弧箱涵1凸出侧壁为阶梯式结构，在排水量较大时水流汇聚至圆弧外侧贴合侧壁流动时，阶梯结构的侧壁能够使汇聚贴合侧壁流动的水流形成跌落式水流，再进一步的对流动的水流进行碰撞消能和向两端流动扩散从而均匀水流，以及对大流量的水流内掺入空气，避免了排水量较大时发生的空蚀现象，从而在均匀流态的同时能够再进一步的避免空蚀的产生；也可采用凹凸状阶梯结构，即凹面阶梯与凸面阶梯交替循环布置。

所述内凹槽33为U形结构，U形结构的内凹槽33趋于流线体在水流中受力更小，并且U形结构的内凹槽33空间更大，从而使水流在经过U形结构的内凹槽33时在下游处形成的空腔更大，进而能够掺入更大量的空气提高掺气效果，再进一步的避免发生空蚀现象。

本实施例适用于排水量大于25m³/s和圆弧角度大于90°处改善水流并且避免空蚀现象的产生。

在排水的过程中，水流在圆弧箱涵1内流动时，水流在惯性作用下汇聚至圆弧外侧并受到第一引流板21和引流片22的引导由圆弧外侧流动至圆弧内侧，并跌落至倾斜状态的第二引流板23，随后受到第二引流板23的引导流动至下一个第一引流板21，由此形成螺旋状水流；在呈螺旋状水流流动的过程中，水流经过内凹槽33产生分离，从而在下游处形成空腔并掺入大量空气，有效的避免了空蚀现象的产生；

水流在圆弧箱涵1内流动的同时，圆弧箱涵1地面与侧面均呈阶梯状，水流在流动经过阶梯状的圆弧箱涵1边壁时呈跌断式水流，从而产生横向的剪切力在均匀水流的同时能够掺入空气避免空蚀现象的产生；圆弧段箱涵的中间位置沿切向连通整流竖井31的喇叭状开口311，水流沿喇叭状开口311呈螺旋形流入，随后流入的水流溢出至整流竖井31中部的出水口312流入，从而通过整流竖井31对圆弧箱涵1中间位置汇聚最大量的水流进行均流；水流在整流竖井31流出后再次于圆弧箱涵1内流通，并于圆弧箱涵1出口处再次进入整流竖井31进行均流，随后流出圆弧箱涵1完成排水。

本发明仅以上述优选的实施例进行说明，并不限制本发明，各部件结构、设置关系及其连接关系都可做相应变换，在本发明技术方案基础上，凡根据本发明原理对个别部件进行的改进和变换，均不排除在本发明的保护范围之外。

Claims (10)

1.一种改善弧形排水箱涵出水流态的整流结构，其特征在于：包括圆弧箱涵(1)和分流单元(2)，所述圆弧箱涵(1)为圆弧状结构并且横截面为方形结构，所述圆弧箱涵(1)内安装有分流单元(2)，所述分流单元(2)用于改善圆弧箱涵(1)内水流的流态；

所述分流单元(2)包括第一引流板(21)、第二引流板(23)和整流机构(3)，第一引流板(21)固定连接于圆弧箱涵(1)侧壁并且第一引流板(21)的长度沿水平方向弯曲，所述第一引流板(21)上表面两侧固定安装有引流片(22)，第二引流板(23)位于第一引流板(21)一端并且两端分别固定于圆弧箱涵(1)侧壁和底部呈倾斜布置，所述第一引流板(21)与第二引流板(23)沿圆弧箱涵(1)内长度方向交错布置有多个，所述第一引流板(21)沿长度方向弯曲挑高。

2.根据权利要求1所述的一种改善弧形排水箱涵出水流态的整流结构，其特征在于：所述整流机构(3)包括整流竖井(31)，所述整流竖井(31)为喇叭状开口(311)，所述圆弧箱涵(1)沿喇叭状开口(311)切向连通整流竖井(31)，所述整流竖井(31)中部开设有出水口(312)。

3.根据权利要求2所述的一种改善弧形排水箱涵出水流态的整流结构，其特征在于：所述圆弧箱涵(1)底面为阶梯状结构。

4.根据权利要求3所述的一种改善弧形排水箱涵出水流态的整流结构，其特征在于：所述整流机构(3)包括分流板(32)，所述阶梯结构的圆弧箱涵(1)内部侧壁固定安装有阶梯状结构的分流板(32)。

5.根据权利要求4所述的一种改善弧形排水箱涵出水流态的整流结构，其特征在于：所述整流竖井(31)设置于圆弧箱涵(1)的圆弧段出口处。

6.根据权利要求5所述的一种改善弧形排水箱涵出水流态的整流结构，其特征在于：所述圆弧箱涵(1)的圆弧段出口处和圆弧段中间位置均布置有整流竖井(31)。

7.根据权利要求6所述的一种改善弧形排水箱涵出水流态的整流结构，其特征在于：所述整流机构包括内凹槽(33)，所述圆弧箱涵(1)底部固定安装有内凹槽(33)。

8.根据权利要求7所述的一种改善弧形排水箱涵出水流态的整流结构，其特征在于：所述圆弧段箱涵四周均固定安装有内凹槽(33)。

9.根据权利要求8所述的一种改善弧形排水箱涵出水流态的整流结构，其特征在于：所述圆弧箱涵(1)圆弧外侧壁为阶梯式结构。

10.根据权利要求9所述的一种改善弧形排水箱涵出水流态的整流结构，其特征在于：所述内凹槽(33)为U形结构。

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