CN212321041U - 用于测量刚性植被对水流阻力的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及水体生态环境模拟装置技术领域，尤其涉及一种用于测量刚性植被对水流阻力的装置，其包括推拉力计、升降台、滑轨以及可滑动地设于滑轨的吊架，推拉力计与吊架相连接，滑轨的一端连接升降台，吊架设有用于调节吊架与滑轨的相对角度的调节结构，吊架用于装设实验用人工刚性植被。本实用新型提供的用于测量刚性植被对水流阻力的装置结构简单、操作方便，可测出实验用人工刚性植被对水流的阻力值；与阻力理论计算模型相比，使用该装置进行测量不需要考虑水深流量关系、植被密度及分布形式等复杂变量因素对阻力的影响；该装置测得的阻力值可以用于验证基于阻力计算模型获得的理论值，为阻力模型预测值的精度提供较好的评价。

Description

用于测量刚性植被对水流阻力的装置

技术领域

本实用新型涉及水体生态环境模拟装置技术领域，尤其涉及一种用于测量刚性植被对水流阻力的装置。

背景技术

水生植被是天然河道中非常重要的组成部分，其特性及分布形式均十分复杂。刚性植被对水流的阻水特性一直是研究的热点，研究学者大多将其简化为刚性的亚克力棒进行研究。当前对于刚性植被对水流阻力的计算通常包括阻力计算经验公式和理论分析两种方法，虽然已有关于植被阻力的大量研究，但明渠中水生植被对水流的阻力与渠道的几何形状、水深与流量关系、植被种类，密度以及分布形式存在密切的联系，因此水生植被对水流阻力的计算问题依然十分复杂，很多通过经验公式或者理论分析获得的水生植被对水流阻力值的准确性有待进一步验证。因此亟需一种可以直接获得刚性植被对水流阻力的测量装置，为理论分析提供较为精测的测量结果，从而进一步为植被阻力计算模型的修正提供指导。

实用新型内容

本实用新型旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。

本实用新型提供一种用于测量刚性植被对水流阻力的装置，包括推拉力计、升降台、滑轨以及可滑动地设于所述滑轨的吊架，所述推拉力计与所述吊架相连接，所述滑轨的一端连接所述升降台，所述吊架设有用于调节所述吊架与所述滑轨的相对角度的调节结构，所述吊架用于装设实验用人工刚性植被。

在一个实施例中，所述吊架包括植被固定板和多个固定杆；所述固定杆与设于所述滑轨的滑块相连接；所述调节结构包括螺纹连接件、设于所述固定杆的螺纹以及设于所述植被固定板的通孔，所述固定杆穿设于所述通孔并通过所述螺纹连接件与所述植被固定板相固定。

在一个实施例中，所述螺纹为外螺纹，所述螺纹连接件为螺母。

在一个实施例中，包括两根所述滑轨，每个所述滑轨分别设有两个滑块，每个所述滑块分别与一个所述固定杆相连接，所述植被固定板的四角处分别设有一个所述通孔。

在一个实施例中，所述升降台为剪叉式升降平台。

在一个实施例中，还包括辅助支架，所述辅助支架用于支撑所述推拉力计和/或所述升降台。

在一个实施例中，所述推拉力计为数显推拉力计；所述数显推拉力的量程为5N，测量精度为0.01N。

在一个实施例中，所述滑轨为双轴心滑轨。

本实用新型的有益效果是：由于设置了与滑轨的一端相连的升降台，使得吊架以及实验用人工刚性植被的重力分量可用于抵消滑轨与吊架之间的部分摩擦力，从而提高阻力值的测量精度；在实验时，也可以利用升降台预先将滑轨的上游端抬高，利用吊架以及实验用人工刚性植被的重力的分量来平衡滑块与滑轨之间的摩擦力，使推拉力计的读数直接显示为实验用人工刚性植被所受到的水流阻力(即植被阻力)的大小；本实用新型提供的用于测量刚性植被对水流阻力的装置可直接测出实验用人工刚性植被对水流的阻力值，与阻力理论计算模型相比，不需要考虑水深流量关系、植被密度及分布形式等复杂变量因素对阻力的影响；该装置测得的实验用人工刚性植被所受到的水流阻力可以用于验证基于阻力计算模型获得的理论值，为阻力模型预测值的精度提供较好的评价。

附图说明

图1是本实用新型实施例的用于测量刚性植被对水流阻力的装置的结构示意图；

附图标记说明：1、渠道顶部；2、渠道底部；3、辅助支架；4、推拉力计；5、升降台；6、滑轨；7、滑块；8、固定杆；9、植被固定板；10、实验用人工刚性植被；11、稳固套环；12、计算机；13、水面线。

具体实施方式

为使实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实用新型中的附图，对实用新型中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于实用新型保护的范围。

在本实用新型实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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实用新型实施例和简化描述，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实用新型实施例的限制。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。

在本实用新型实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“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。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实用新型实施例中的具体含义。

在本实用新型实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

本实用新型主要应用于明渠中的刚性植被对水流阻力的直接测量，利用推拉力计4直接测量明渠中刚性植被与水流之间的相互作用力，通过测量获得的植被对水流阻力值可以为基于理论模型得到的阻力值提供有效的验证。

如图1所示，本实用新型提供的用于测量刚性植被对水流阻力的装置包括推拉力计4、升降台5、滑轨6以及可滑动地设于滑轨6的吊架，推拉力计4与吊架相连接，滑轨6的一端连接升降台5，吊架设有用于调节吊架与滑轨6的相对角度的调节结构，吊架用于装设实验用人工刚性植被10。吊架可以通过单独设置的滑块7可滑动地设于滑轨6；或者，吊架固设有滑动部，该滑动部与滑轨6组成滑动副。调节结构可以包括设于吊架与滑轨6之间的合页、球铰或楔形机构等。实验用人工刚性植被10通常可以是刚性亚克力棒。

由于设置了与滑轨6的一端相连的升降台5，使得吊架以及实验用人工刚性植被10的重力分量可用于抵消滑轨6与吊架之间的部分摩擦力，从而提高阻力值的测量精度；在实验中，也可以利用升降台5预先将滑轨6的上游端抬高，利用吊架以及实验用人工刚性植被10的重力的分量来平衡滑块7与滑轨6之间的摩擦力，使推拉力计的读数直接显示为实验用人工刚性植被所受到的水流阻力(即植被阻力)的大小；本实用新型提供的用于测量刚性植被对水流阻力的装置可直接测出实验用人工刚性植被所受到的水流阻力(即植被阻力)，与阻力理论计算模型相比，不需要考虑水深流量关系、植被密度及分布形式等复杂变量因素对阻力的影响；该装置测得的数值还可以用于验证基于阻力计算模型获得的理论值，为阻力模型预测值的精度提供较好的评价。

在一个实施例中，吊架包括植被固定板9和多个固定杆8，植被固定板9用于装设实验用人工刚性植被10；固定杆8与设于滑轨6的滑块7相连接；调节结构包括螺纹连接件、设于固定杆8的螺纹以及设于植被固定板9的通孔，固定杆8穿过通孔并通过螺纹连接件与植被固定板9相连接。在这种情况下，调节结构不仅可以用来调节吊架与滑轨6的相对角度，还可以用来调节吊架的底部与滑轨6之间的相对距离(即调节人工刚性植被与滑轨6之间的距离)，因此适用于多种规格的模拟水渠(用于模拟河道或城市渠道等，可包括供水装置及底部结构)。固定杆8和植被固定板9相结合组成的吊架还具有结构简单、便于制造、成本低等优点。

在一个实施例中，螺纹为外螺纹，螺纹连接件为螺母。在这种情况下，操作者可以将固定杆8穿过植被固定板9的通孔，再将螺母从固定杆8的下端装配至固定杆8的外螺纹，通过调节螺母在固定杆8上的位置，可以调节植被固定板9与滑轨6之间的距离和角度。

在一个实施例中，螺纹是自固定杆8的下端面向固定杆8内设置的内螺纹，螺纹连接件为带有外螺纹的螺钉。在这种情况下，操作者可以将固定杆8穿过植被固定板9的通孔，再将螺钉从下端装配置固定杆8的内螺纹，通过调节每一组螺钉与固定杆8组合后的长度，可以调节植被固定板9与滑轨6之间的距离和角度。

在一个实施例中，该装置包括两根滑轨6，每个滑轨6设有两个滑块7，每个滑块7分别与一个固定杆8相连接，植被固定板9的四角处分别设有一个通孔。

在一个实施例中，该装置还包括用于连接并稳固多个固定杆的稳固套环11。稳固套环11用于套在多个固定杆8之外，使固定杆8和植被固定板9所组成的吊架更为稳固不易变形；稳固套环11的具体形式不限，其可以是链条、绑扎带、弹力绳、铁丝等构成的套状结构。

在一个实施例中，升降台5为剪叉式升降平台。该剪叉式升降平台可以是手动的剪叉式升降平台也可以是电动的剪叉式升降平台；升降台5也可以不采用剪叉式升降平台，比如可以采用液压式升降平台、螺旋升降机等。升降台5与滑轨6之间可以以直接接触的形式相连，也可以通过连接件(如合页、铰链或楔形机构等)可拆卸地连接，只要升降台5可以将滑轨6的一端抬高即可。

在一个实施例中，还包括辅助支架3，辅助支架3用于支撑推拉力计4和/或升降台5。当然辅助支架3也可以用于容纳/支撑与测量刚性植被对水流阻力的实验相关的其他设备。

在一个实施例中，推拉力计4为数显推拉力计；数显推拉力的量程为5N，测量精度为0.01N。数显推拉力计具有数显功能，操作更加简单方便；采用量程为5N，测量精度为0.01N的数显推拉力计是综合考虑试验段的植被的总阻力和精度需求的选择。

在一个实施例中，滑轨6为双轴心滑轨6。采用摩擦系数较小的双轴心滑轨6，从而一定程度上提高了该装置的敏感度。

在一个实施例中，滑轨6与滑块7之间的摩擦系数为0.005。

在一个实施例中，滑轨6还包括用于与模拟水渠直接接触的安装架、底座等。

在一个实施例中，吊架包括用于与实验用人工刚性植被10相连接的连接部；根据所采取的实验用人工刚性植被10的规格和型号，连接部可以采用多种形式，比如可以包括多个通孔，用于与螺纹连接件相配合将实验用人工刚性植被10固定在吊架的底部；或者，连接部可以包括设于吊架底部的夹子、魔术贴、磁铁等。但也可以不在吊架上专门设置连接部，而是将实验用人工刚性植被10粘贴或绑扎于吊架。

在一个实施例中，推拉力计4与计算机12通信连接。计算机12可便于工作人员对推拉力计4所输出的数据进行存储、分析。

本实用新型提供的用于测量刚性植被对水流阻力的装置的使用方法为：

步骤一、选取实验用人工刚性植被10，将实验用人工刚性植被10的上端固定于吊架；实验用人工刚性植被10的大部分位于水面线13之下；

步骤二、沿水流方向将该装置的滑轨6放置在模拟水渠的渠道顶部1。

步骤三、使实验用人工刚性植被10的下端与渠道底部2保持微小距离，同时保持推拉力计4的一端与吊架相连接。

步骤四、通过升降台5将滑轨6的上游端微微抬高，直到推拉力计4出现读数，同时调节调节装置，使实验用人工刚性植被10与渠道底部2平行。

步骤五、将推拉力计4的读数置零；当上游来流时(图1中的箭头表示水流方向)，水流对实验用人工刚性植被10的作用力(即植被对水流的阻力)就可以通过推拉力计4直接读出。

虽然上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本实用新型作了详尽的描述，但在本实用新型基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本实用新型精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本实用新型要求保护的范围。

Claims (8)

1.一种用于测量刚性植被对水流阻力的装置，其特征在于，包括推拉力计、升降台、滑轨以及可滑动地设于所述滑轨的吊架，所述推拉力计与所述吊架相连接，所述滑轨的一端连接所述升降台，所述吊架设有用于调节所述吊架与所述滑轨的相对角度的调节结构，所述吊架用于装设实验用人工刚性植被。

2.根据权利要求1所述的用于测量刚性植被对水流阻力的装置，其特征在于，所述吊架包括植被固定板和多个固定杆；所述固定杆与设于所述滑轨的滑块相连接；所述调节结构包括螺纹连接件、设于所述固定杆的螺纹以及设于所述植被固定板的通孔，所述固定杆穿设于所述通孔并通过所述螺纹连接件与所述植被固定板相固定。

3.根据权利要求2所述的用于测量刚性植被对水流阻力的装置，其特征在于，所述螺纹为外螺纹，所述螺纹连接件为螺母。

4.根据权利要求2所述的用于测量刚性植被对水流阻力的装置，其特征在于，包括两根所述滑轨，每个所述滑轨分别设有两个滑块，每个所述滑块分别与一个所述固定杆相连接，所述植被固定板的四角处分别设有一个所述通孔。

5.根据权利要求1所述的用于测量刚性植被对水流阻力的装置，其特征在于，所述升降台为剪叉式升降平台。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的用于测量刚性植被对水流阻力的装置，其特征在于，还包括辅助支架，所述辅助支架用于支撑所述推拉力计和/或所述升降台。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的用于测量刚性植被对水流阻力的装置，其特征在于，所述推拉力计为数显推拉力计；所述数显推拉力的量程为5N，测量精度为0.01N。

8.根据权利要求1至5中任一项所述的用于测量刚性植被对水流阻力的装置，其特征在于，所述滑轨为双轴心滑轨。

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