CN205157161U - 一种注气式人工上升流实验平台 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种注气式人工上升流实验平台，包括水槽支架、透明水槽、透明涌升管、涌升管支架、注气泵、气体流量计、注气管道、盐水存放水槽、磁力泵和高速摄像机；水槽支架、透明水槽、透明涌升管及涌升管支架构成实验台主体水槽，用于装载密度分层的盐水和布放涌升管；注气泵、气体流量计和注气管道构成注气系统，用于往涌升管中注气；盐水存放水槽和磁力泵构成盐水加注系统，用于向透明水槽内加注盐水；高速摄像机构成平台的实验拍摄系统，用于记录上升流的过程。该实验平台能在实验室中对注气式人工上升流进行较好地模拟、仿真等研究，相比湖试和海试节约了成本，同时也可以作为教学演示实验平台。
Description
技术领域
本实用新型属于人工上升流研究领域，具体涉及一种注气式人工上升流实验平台。
背景技术
近年来，陆地资源日趋紧张，生态环境恶化，因此人们纷纷将目光转向了海洋。开发海洋资源、发展海洋经济是国民经济的重要支柱,也是可持续发展战略的要求。上升流分为自然上升流和人工上升流。一方面能将深层海水丰富的营养物质带入真光层后为浮游植物提供足够的营养，浮游植物可利用这些营养物质进行光合作用，为鱼类、贝类提供更多的食物，进而提高渔业产量。另一方面，可以降低上层海水的温度，增加碳汇，抑制气候变暖和海洋自然灾害，改善海洋生态环境，对环境起到良性的作用。人工上升流的实施方法主要有两类：一类是改造海底地形，施放人造海底山脉，在海流的作用下产生上升流；一类是在海面布放提升装置，将底层海水提至真光层。后者按能量来源分类主要包括泵吸式、波浪驱动式、温盐差式和注气式。注气式人工上升流是将压缩空气打入海中垂直管中，气泡与水的混合液密度相对于海水的密度较轻，利用海水在气泡浮升的动能带动作用下上升的机理，将深层富含高营养盐的海水扬升至上层，以此提高海域生产力，改善海域环境条件，为海洋养殖增产提供一套可行的方法。为了研究注气式人工上升流的环境效应，需要进行大量的湖中试验和海中试验，不仅试验难度大而且费用大。
发明内容
针对注气式人工上升流的环境效应研究，本实用新型的目的在于提供一种注气式人工上升流实验平台，避免了大量湖试和海试的费用，为理论计算、数值计算和实际生产提供一个便利且低成本的实验研究平台。
本实用新型的注气式人工上升流实验平台，包括水槽支架、固定于水槽支架上的透明水槽、透明涌升管、涌升管支架、注气泵、气体流量计、注气管道、注水管道、盐水存放水槽支架、盐水存放水槽、磁力泵和高速摄像机，涌升管支架置于透明水槽内，透明涌升管通过抱箍竖直固定在涌升管支架上，透明涌升管管壁设有开孔，注气管道的一端从该开孔插入透明涌升管内，另一端经固定于透明水槽外壁上的气体流量计后与注气泵相连，透明水槽的底部设有开孔，通过阀门及注水管道连接磁力泵的出口，盐水存放水槽的底部也设有开孔，同样通过阀门及注水管道连接磁力泵的进口，高速摄像机置于摄像机支架上，且位于透明水槽任一侧壁的正前方，镜头对准涌升管管口区域。
所述的水槽支架、透明水槽、透明涌升管及涌升管支架构成实验台主体水槽，用于装载密度分层的盐水和布放涌升管；水槽支架对透明水槽起支撑保护作用，将透明水槽嵌入其中，形成一个牢靠的整体；涌升管支架在透明水槽内可以移动调整，可以根据不同的实验条件对其进行更换，方便灵活；透明涌升管固定于涌升管支架上，通过一个抱箍锁紧，该抱箍为铁皮的柔性抱箍，可以根据涌升管直径进行适当缩放；透明涌升管侧壁上有开孔，注气管道的一端从开孔直接通入涌升管内，方便往涌升管中注气；
所述的注气泵、气体流量计和注气管道构成注气系统，用于往涌升管中注气；如上所述，注气管道一端与透明涌升管相连；该端可以采用多种结构来进行实验，比如封死注气管道的端部，在其近端部密集打孔，形成单点注气的方式；或者一端封堵，再将其环绕涌升管内壁一周，圆环壁上开设小孔，形成圆环式的注气方式；等等，通过实验获得最佳的注气方式；注气泵可以采用低噪音的离心注气泵，因为对于注气压力的要求不高，并且低噪音更适合实验室使用；气体流量计可以采用玻璃转子流量计，安装于主体水槽支架的边壁上，方便调节和控制。
所述的磁力泵、盐水存放水槽支架和盐水存放水槽构成盐水加注系统，用于向透明水槽内加注盐水；盐水存放水槽安放在实验台主体水槽的旁边，底部通过磁力泵与透明水槽相连通，将其内的盐水加注到透明水槽中；
所述的高速摄像机构成平台的实验拍摄系统；高速摄像机置于透明水槽的正前方，透明水槽其余三个面可以用遮光布遮起来，保证拍摄背景为银白色或者白色，以方便后续图像处理；调节摄像机支架，使其位于主体水槽正前方的正中，使摄像机镜头对准涌升管管口附近区域，镜头垂直于主体水槽的壁面。拍摄开始后，打开注气泵开关，高速摄像机将记录底层高密度的带红色示踪剂的盐水被提升上来以及提升上来之后的运动情况。
本实用新型的有益效果在于：
1)整个实验平台能较好地模拟注气式人工上升流，可以评价注气式人工上升流的环境效应，即底层高密度的带示踪剂的盐水被提升上来之后的运动情况。能为湖试和海试提供指导，为理论计算、数值计算和实际生产提供一个低成本的实验研究平台。
2)固定涌升管的支架可移动，可更换，能较好地适应实验条件的改变。柔性的铁皮抱箍使得更换涌升管也比较方便，可以更换一定直径范围内的涌升管。
3)插入涌升管的注气管道可以改变为不同的注气方式，配合注气泵调节注气量以及改变涌升管直径等，为寻求最优的注气方式、注气量和涌升管直径提供条件。
4)盐水加注系统给实验台主体水槽加注盐水时可以从底层往上加，即可以先加密度小的盐水，再加入密度大的带有示踪剂的。通过控制磁力泵的加注速率，从实验台主体水槽的底部加上去可以很好地保证盐水分层，而不产生大规模的掺混。
附图说明
图1为本实用新型的注气式人工上升流实验平台的俯视结构图；
图2为本实用新型的注气式人工上升流实验平台的结构示意图；
图中1是水槽支架，2是透明水槽，3是透明涌升管，4是涌升管支架，5是注气管道，6是注水管道，7是磁力泵，8是盐水存放水槽支架，9是盐水存放水槽，10是注气泵，11是气体流量计，12是摄像机支架，13是高速摄像机，14是抱箍。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做进一步说明。
如图1所示，本实用新型的注气式人工上升流实验平台包括水槽支架1、固定于水槽支架1上的透明水槽2、透明涌升管3、涌升管支架4、注气管道5、注水管道6、磁力泵7、盐水存放水槽支架8、盐水存放水槽9、注气泵10、气体流量计11、摄像机支架12、高速摄像机13和抱箍14；水槽支架1、透明水槽2、透明涌升管3及涌升管支架4构成实验台主体水槽，用于装载密度分层的盐水和布放涌升管；注气泵10、气体流量计11和注气管道5构成注气系统，用于往涌升管中注气；盐水存放水槽支架8、盐水存放水槽9、注水管道6和磁力泵7构成盐水加注系统，用于向透明水槽内加注盐水；摄像机支架12和高速摄像机13构成平台的实验拍摄系统，用于记录实验过程；
涌升管支架4置于透明水槽2内，透明涌升管3通过抱箍14竖直固定在涌升管支架4上，透明涌升管3管壁上设有开孔，注气管道5一端从该开孔插入透明涌升管3内，另一端经固定于透明水槽2外壁上的气体流量计11后与注气泵10相连，透明水槽2的底部设有开孔，通过注水管道6连接磁力泵7的出口，盐水存放水槽9的底部也设有开孔，同样通过注水管道6连接磁力泵7的进口，高速摄像机13置于摄像机支架12上，且位于透明水槽2任一侧壁的正前方，镜头对准涌升管管口区域。
透明水槽可以采用有机玻璃制成，与传统的玻璃相比不易碎裂，同时保证了高透明度；水槽支架可以用普通碳素钢制成，将透明水槽固定保护起来，使得透明水槽底部有一定强度，方便人员进入作业；涌升管支架可以采用304不锈钢制成，它要浸没于盐水当中固定透明涌升管，需要较高的耐腐蚀性能；该涌升管支架使用一个抱箍来固定透明涌升管，可以根据实验需要上下调节涌升管在整个透明水槽中的高度；透明涌升管同样可以采用有机玻璃制成，保证高透明度和不易碎裂。
注气管道伸入透明涌升管的一端可以根据实验情况的不同采用多种结构来改变其注气方式，比如封死注气管道的端部，在其近端部密集打孔，形成单点注气的方式；或者一端封堵，再将其环绕涌升管内壁一周，圆环壁上开设小孔，形成圆环式的注气方式；等等，通过实验获得最佳的注气方式；注气泵可以采用低噪音的离心注气泵，因为对于注气压力的要求不高，并且低噪音更适合实验室使用；气体流量计可以采用玻璃转子流量计，安装于主体水槽支架的边壁上，方便调节和控制；注气管道可以采用PU管，耐衰老，阻尼性能好，内壁光滑，对内部流动的气体阻力小。
盐水存放水槽9可以采用PE材质的白色半透明塑料制成。
使用时，首先根据实验需要进入实验台主体水槽中调整好涌升管支架4的位置，并且通过涌升管支架4的抱箍14调整透明涌升管3的高度，直到符合实验需求。然后连入注气管道5，调节气体流量计11的注气量，使其达到实验所需的注气速率。根据实验需要，将配置好的盐水加入到盐水存放水槽9中，先加密度小的(也可以先加入淡水)，此时不需要加入示踪剂。打开磁力泵7，盐水存放水槽9中的盐水或者淡水先注入到透明水槽2中，直到达到实验所需的低密度盐水或者淡水的高度。此时将配置好的高密度盐水，并且带有示踪剂染料，加入到盐水存放水槽9中，通过磁力泵7，调节其注入速率，使得高密度的带有示踪剂的盐水从透明水槽2底部缓慢注入，避免了和上层低密度盐水或者淡水的大面积掺混，仅在交界面处有些许掺混。当透明水槽2中注入好分层的盐水后，此时调节高速摄像机13和摄像机支架12，根据需要将摄像机镜头的高度和焦距调好，确定好要观测的区域，并且使得摄像机镜头垂直于实验台主体水槽的正面。使摄像机开始拍摄，同时放一块标定板于透明水槽2的正面，让摄像机拍一两秒钟。该标定板是图像处理的参照。拿开标定板，打开注气泵，此时高密度的带有示踪剂的盐水会顺着涌升管被带上来，摄像机将记录下整个过程。
Claims (1)
1.一种注气式人工上升流实验平台，其特征在于，包括水槽支架(1)、固定于水槽支架(1)上的透明水槽(2)、透明涌升管(3)、涌升管支架(4)、注气管道(5)、注水管道(6)、磁力泵(7)、盐水存放水槽支架(8)、盐水存放水槽(9)、注气泵(10)、气体流量计(11)、摄像机支架(12)、高速摄像机(13)和固定透明涌升管(3)的抱箍(14)；涌升管支架(4)置于透明水槽(2)内，透明涌升管(3)通过抱箍(14)竖直固定在涌升管支架(4)上，透明涌升管(3)管壁上设有开孔，注气管道(5)一端从该开孔插入透明涌升管(3)内，另一端经固定于透明水槽(2)外壁上的气体流量计(11)后与注气泵(10)相连，透明水槽(2)的底部设有开孔，通过注水管道(6)连接磁力泵(7)的出口，盐水存放水槽(9)的底部也设有开孔，同样通过注水管道(6)连接磁力泵(7)的进口，高速摄像机(13)置于摄像机支架(12)上，且位于透明水槽(2)任一侧壁的正前方，镜头对准涌升管管口区域。
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Cited By (1)
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| CN105203299A (zh) * | 2015-10-20 | 2015-12-30 | 浙江大学 | 注气式人工上升流实验平台 |
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