CN205369152U - 实用高效涉水建筑物绕流现象观测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种实用高效涉水建筑物绕流现象观测装置，包括水槽、储存水库、水泵、上水池、三角堰、涉水建筑物模型、摄像头、电脑和下游存水库，水槽倾斜设置，较高一端底部连接储存水库，较低一端底部连接下游存水库，储存水库内装有水泵，水泵输出于上水池，上水池通过出口处的三角堰连通水槽；水槽较高一端的侧壁上从上到小等间距排布有多个粒子喷射管，多个粒子喷射管分别喷射出不同颜色的粒子，同时多个粒子喷射管分别与电脑连接；涉水建筑物模型设置在水槽中部，水槽侧面与涉水建筑物模型对应的位置装有摄像头，摄像头和水泵通过数据线连接电脑。本实用新型用于解决关于涉水建筑物绕流现象的观测与测量困难，精准度不够的问题。

Description

实用高效涉水建筑物绕流现象观测装置

技术领域

本实用新型属于水利工程领域，涉及一种实用高效涉水建筑物绕流现象观测装置。

背景技术

水利工程关系到国计民生，关系到国家农业和众多行业的经济建设，是极为重要的基础建设，工程建设，故应该高度重视。我国党和政府极为关注水利工程的建设。而水利工程，特别是大型水利工程建设过程中有大量问题需要研究，而研究的三种普遍方法是：理论研究、物理试验和数值计算。理论研究和物理试验及数值计算，这三种方法中必然涉及到涉水建筑物绕流问题，为了能准确和较为精密的研究和分析水利工程中涉水建筑物绕流问题，就必须对涉水建筑物的绕流现象进行观测，弄清楚涉水建筑物的绕流规律，明白涉水建筑物的存在对水流结构的改变性质和改变程度。

涉水建筑物绕流的数值模拟极为困难，特别是对于涉水建筑物绕流的局部微观细致的数值模拟非常困难，不是极为特别的高层次人才是根本无法做到。故涉水建筑物绕流的物理模拟试验研究依旧是涉水建筑物绕流特性研究的主要手段和必要方法，也是理论研究及数模研究的基础和前提。

如何较为清晰地显示出涉水建筑物对原有的水流结构的改变是广大科研工作者的关键工作。对于水流结构的显示也就是水流流场的描述和表达。对于水流结构的表达和描述，其也非常复杂，也就是说是水流三维流场，甚至是水流四维时空的表达，要细致和如实地表达目前的技术也很难细致精确地做到。科研工作者们一般是将水流用平行于底面的平面去剖切水流，按一定间距，沿水深剖分为几个典型的平面流场去表达。这种方面固然是可取，虽有所缺陷，但不失为一种有效方法。

随着科学技术的发展，摄像技术的提高。我们可以通过一定的改进方法将涉水建筑物的存在后对原有水流结构的改变情况观测得更为清晰和清楚。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种实用高效涉水建筑物绕流现象观测装置，解决关于涉水建筑物绕流现象的观测与测量困难，精准度不够的问题。

本实用新型通过以下技术方案来实现：一种实用高效涉水建筑物绕流现象观测装置，包括水槽、储存水库、水泵、上水池、三角堰、涉水建筑物模型、摄像头、电脑和下游存水库，所述的水槽倾斜设置，较高一端底部连接储存水库，较低一端底部连接下游存水库，储存水库内装有水泵，水泵输出于上水池，上水池通过出口处的三角堰连通水槽；所述的水槽较高一端的侧壁上从上到小等间距排布有多个粒子喷射管，多个粒子喷射管分别喷射出不同颜色的粒子，同时多个粒子喷射管分别与电脑连接；所述的涉水建筑物模型设置在水槽中部，涉水建筑物模型的侧面以及上方都装有摄像头，所述的摄像头和水泵通过数据线连接电脑。

进一步的，还包括消能池，消能池位于三角堰的出口端。

进一步的，所述的消能池内装有海绵。

进一步的，所述的消能池的出口处装有消能网，多个粒子喷射管等间距安装在消能网上。

进一步的，所述的水槽底部还装有支撑板，水槽较高一端与支撑板之间装有螺旋杆，螺旋杆上装有变坡调节阀。

进一步的，所述的涉水建筑物模型底部通过有机玻璃板连接水槽底部。

进一步的，所述的下游存水库和储存水库之间还连通有输水廊道。

进一步的，所述的下游存水库中在输水廊道的上方装有拦截网筛。

采用上述技术方案的积极效果：本实用新型可对涉水建筑物绕流现象及时捕捉，因此可对涉水建筑物绕流进行精准测试，整个装置结构简单，对实验条件要求不高，适合一些中小型实验室使用。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型的局部三维示意图。

图中，1水槽，2储存水库，3水泵，4上水池，5三角堰，6涉水建筑物模型，7摄像头，8电脑，9下游存水库，10粒子喷射管，11消能池，12消能网，13支撑板，14螺旋杆，15变坡调节阀，16有机玻璃板，17输水廊道，18拦截网筛。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的技术方案做进一步的说明，但不应理解为对本实用新型的限制：

图1是本实用新型的结构示意图，图2是本实用新型的局部三维示意图，如图所示，一种实用高效涉水建筑物绕流现象观测装置，包括水槽1、储存水库2、水泵3、上水池4、三角堰5、涉水建筑物模型6、摄像头7、电脑8和下游存水库9，所述的水槽1倾斜设置，可以根据试验要求设定所要求的水槽坡度，较高一端底部连接储存水库2，较低一端底部连接下游存水库9，储存水库2内装有水泵3，水泵3输出于上水池4，上水池4通过出口处的三角堰5连通水槽1。储存水库可以根据研究的需要调节存蓄足够适量的用水，且可以调节水温，例如通过适当的方法如放入冰块，或设置有电热器可以加热水提高水的温度等等。水泵的作用是将水流从储存水库中抽出，进入上水池，通过三角堰漫出，形成比较平缓的水流。所述的水槽1较高一端的侧壁上从上到小等间距排布有多个粒子喷射管10，多个粒子喷射管10分别喷射出不同颜色的粒子（粒子可采用密度与水相同的橡胶等有机合成材料制作成的球体，可以潜行于水体中），颜色可以采用黑色、蓝色、红色等容易分辨的颜色，同时多个粒子喷射管10分别与电脑8连接，由电脑控制，以达到喷射的同步性和稳定性。所述的涉水建筑物模型6设置在水槽1中部，涉水建筑物模型6的侧面以及上方都装有摄像头7，所述的摄像头7和水泵3通过数据线连接电脑8。全程摄像，采集图片和数据，并将所有的信息存储于电脑以便供保存和处理。该摄像机要求分辨率非常高，可以通过市场购买较为高档的摄像头。能将水槽中段实验观测区段涉水建筑物绕流状态和特性及水流结构的变化整个过程，摄像并记录得清清楚楚，以助研究者准确分析涉水建筑物的影响导致水流结构的改变性质和程度。

为了能够形成更加平缓的水流，还包括消能池11，消能池11位于三角堰5的出口端。所述的消能池11内装有海绵。更进一步的，所述的消能池11的出口处装有消能网12，进一步消能使水流变得平稳均匀，多个粒子喷射管10等间距安装在消能网12上。

为了能够随时调节水槽的坡度，所述的水槽1底部还装有支撑板13，水槽1较高一端与支撑板13之间装有螺旋杆14，螺旋杆14上装有变坡调节阀15。旋转阀门可以伸缩螺旋杆，从而抬高水槽的高端，实现变坡，可以根据试验要求达到所要求的水槽坡度，水槽的边壁都刻画有高程标尺，并用细刻画线连接成各平行于水槽底线的平行直线。当水槽中水面线与这些平行于水槽底的平行直线齐平时，则表明此时水槽中已经实现了均匀水流，测试的水流环境状况已实现。

进一步的，为了安装方便，所述的涉水建筑物模型6底部通过有机玻璃板16连接水槽1底部。有机玻璃板必须做到与水槽底板面齐平且其间结合缝隙非常细小，以减小试验现象的失真和误差。

为了能够对水流循环利用，所述的下游存水库9和储存水库2之间还连通有输水廊道17。可由一根PVC管制作而成，当水槽在其变坡调节阀的控制下，实现均匀水流流向下端，并流入下游存水库。如此又通过下方的输水廊道流入上端下方的储存水库，储存水库的水通过水泵的提升到上端的上水池，等等。如此往复循环，水资源也得到有效地重复使用节约水资源，节约能源，节能环保。

所述的下游存水库9中在输水廊道17的上方装有拦截网筛18，以便能将这些显示粒子及时网捞收集。一方面做到充分循环利用；另一方面不至于流入水库和下面的输水廊道及水池中，以便造成混乱和浪费及污染干扰水体。

本实用新型具有以下优势：

（1）、现实性：流线显示的有色粒子可以通过市场上购买到或购买原材料自己加工制作，只需要做到密度或重度与水体一致就可以，目的是能潜行与水体中，其运动轨迹真实显示流线。变坡水槽可以购买原材料和必要的设备和原件及部件加以拼装或制作安装而成，并不十分困难。上下水库的设计也施工也可以根据具体情况加以选择合适的方案而定。输水廊道可以灵活选择必要的材料和必要的方案设计施工和制作而成，不用死板非要某种特定的方式和方案。现在数码相机，摄像机越来越先进并越来越便宜，从而采用先进高档的摄像机，通过全程高精度、高分辨率和高效能的摄像机全程监控拍摄，并非做不到，通过电脑监控也是做得到的，程序可以自己编写，也可以采用购买现成的商用软件加以运行监控。可以通过电脑采集保存和数据处理，并且可以做到倒放，反复核对等等，如此一来，可以做到研究者不需要全时段地蹲在那里观察判断记录测量，具有很大的现实性。让研究者在一定的程度上解放出来，处理些更高级和复杂的事务；

（2）、先进性：本设备和方法的先进性在于自动化、数字化和全程监控化，一次试验所得的信息可以永远保存，检查和判断与分析。全程记录，可以反复播放，观看，思考和分析及判断；

（3）、精确性：本设备和方法因为可以通过电脑的信息处理，及时对智能水泵发出命令，使智能水泵的转速得到非常精确地控制，从而可以实现非常小到非常大的各级水泵转速，而水泵转速与其提水量是线性关系，又因流量与水槽中的水流流速又相互关联，从而可以实现非常小的水流流速到较大流速的各级水流流速。并可以通过电脑监控，将几者关联起来，实现全程数字化，程序化，同步调节水槽的倾斜角度，以准确地实现均匀水流，并及时计算、记录、保存当时的水流流速，同时又对流线显示粒子的运动状态、运动情况得到全程监控，信息采集、数据分析与处理，以得到精确化，准确化和及时化。以间接地研究观测涉水建筑物附件流场的变化特性；

（4）、稳定性：由于本方法本装置，对水槽壁和水槽底可以采用非常光滑的有机玻璃或无机玻璃，从而水槽边壁和底部的摩擦阻力可以较小甚至很小，从而较为方便地能实现均匀水流，以便试验的顺利进行。又因为有电脑的监控，可以通过编写程序加以控制，实现各级各工况的试验研究，从而重复性好，稳定性好；

（5）、适用性、实用性广：该方法较为直观且因科技的发达，电脑软硬件的发展，及数字化摄影技术，照相技术的飞跃发展，设备和仪器的先进性，这些设备很容易购买到，加以组合，拼装成本装置，从而较好实现泥沙起动流速的测试试验研究。适用性、实用性广，另一方面指可以根据研究者所处的环境、条件和经济状况，设备的先进性、规模大小、水槽、水池、水库尺寸的大小、水泵的功率和智能化的高低都可以因地制宜，根据自己的实际情况加以选择和实现；

（6）、经济节约合理性：本方法和装置，做到了节能环保，水流循环使用，流线显示粒子的购买或制作也是一次投资可以重复多次使用，经济节约合理。规模可以很小，使用的电力费用可以很小，水流流速的变化可以从小到大，逐级变化增大，水深可以通过人为控制，从而整个装置可以小型化，大大地节省材料和制作及设备安装等费用，从而大大降低研究成本，经济性好。

Claims (8)

1.一种实用高效涉水建筑物绕流现象观测装置，其特征在于：包括水槽（1）、储存水库（2）、水泵（3）、上水池（4）、三角堰（5）、涉水建筑物模型（6）、摄像头（7）、电脑（8）和下游存水库（9），所述的水槽（1）倾斜设置，较高一端底部连接储存水库（2），较低一端底部连接下游存水库（9），储存水库（2）内装有水泵（3），水泵（3）输出于上水池（4），上水池（4）通过出口处的三角堰（5）连通水槽（1）；所述的水槽（1）较高一端的侧壁上从上到小等间距排布有多个粒子喷射管（10），多个粒子喷射管（10）分别喷射出不同颜色的粒子，同时多个粒子喷射管（10）分别与电脑（8）连接；所述的涉水建筑物模型（6）设置在水槽（1）中部，涉水建筑物模型（6）的侧面以及上方都装有摄像头（7），所述的摄像头（7）和水泵（3）通过数据线连接电脑（8）。

2.根据权利要求1所述的实用高效涉水建筑物绕流现象观测装置，其特征在于：还包括消能池（11），消能池（11）位于三角堰（5）的出口端。

3.根据权利要求2所述的实用高效涉水建筑物绕流现象观测装置，其特征在于：所述的消能池（11）内装有海绵。

4.根据权利要求2所述的实用高效涉水建筑物绕流现象观测装置，其特征在于：所述的消能池（11）的出口处装有消能网（12），多个粒子喷射管（10）等间距安装在消能网（12）上。

5.根据权利要求1所述的实用高效涉水建筑物绕流现象观测装置，其特征在于：所述的水槽（1）底部还装有支撑板（13），水槽（1）较高一端与支撑板（13）之间装有螺旋杆（14），螺旋杆（14）上装有变坡调节阀（15）。

6.根据权利要求1所述的实用高效涉水建筑物绕流现象观测装置，其特征在于：所述的涉水建筑物模型（6）底部通过有机玻璃板（16）连接水槽（1）底部。

7.根据权利要求1所述的实用高效涉水建筑物绕流现象观测装置，其特征在于：所述的下游存水库（9）和储存水库（2）之间还连通有输水廊道（17）。

8.根据权利要求7所述的实用高效涉水建筑物绕流现象观测装置，其特征在于：所述的下游存水库（9）中在输水廊道（17）的上方装有拦截网筛（18）。