CN213456052U

CN213456052U - 一种实验室中潮波生成模拟装置

Info

Publication number: CN213456052U
Application number: CN202022308205.XU
Authority: CN
Inventors: 鲁春辉; 王习斌
Original assignee: Hohai University HHU
Current assignee: Jiangsu Haiyi Environmental Technology Co ltd
Priority date: 2020-10-16
Filing date: 2020-10-16
Publication date: 2021-06-15
Anticipated expiration: 2030-10-16

Abstract

本实用新型公开一种实验室中潮波生成模拟装置，包括水槽、潮汐生成器、水箱和潮波控制系统；所述水槽中间部分设置有填砂区，两端分别设置有盐水区和淡水区；所述盐水区和所述淡水区内均设有进水口、潮汐控制系统和潮汐生成器；所述潮汐生成器包括与潮波控制系统相连接的连接杆和固定于所述连接杆底端的栅栏式溢流槽；所述栅栏式溢流槽为中空结构，且出口与所在水区对应的水箱相通，从而将水流引流至对应的水箱中；所述潮汐生成器在所述潮波控制系统作用下的上下移动，所述潮波控制系统能够调节所述潮汐生成器的上下移动幅度与频率，形成不同的潮汐类型。本实用新型通过在水槽两端分设淡水区和盐水区，能够同时模拟潮汐信号和内陆水位波动信号。

Description

一种实验室中潮波生成模拟装置

技术领域

本实用新型属于潮汐模拟技术领域，具体涉及一种实验室中潮波生成模拟装置。

背景技术

随着沿海地区经济日益发达、人口急剧增加，人们对淡水的需求日益增加，迫使居民超量开采地下水，引起地下水位大幅度下降，造成愈发严重的海水入侵问题。海水入侵造成了水源地的破坏，严重影响到工农业的生产，制约着社会经济的发展。沿海地区海水入侵过程复杂，其受到含水层结构、内陆淡水水位、潮汐波浪作用等情况的影响。

现有技术中存在大量的相关模拟装置，如CN201710039177.6实验室中耦合生成非规则海岸带波浪潮汐的装置及方法、CN200810014811.1潮汐模拟自动化装置。但现有的实验装置一般只能模拟潮汐信号，不能同时模拟内陆水位波动信号。自然条件下，内陆淡水水位因降雨、抽注水等影响不断变化，目前没有适当的模拟装置。

同时，我国拥有众多的天然、人工岛屿，淡水透镜体作为岛上珍贵的地下淡水资源，对于维护生态系统、满足居民日常生活需求非常重要。目前关于海岛淡水透镜体的研究主要以现场实验为主，存在实验周期长，成本高昂的缺点。

所以亟需研发一种沿海地区海水入侵过程的模拟装置，既能模拟潮汐信号，又能同时模拟内陆水位波动信号。

实用新型内容

本实用新型的目的就在于针对上述现有技术的不足，提供一种实验室中模拟沿海或海岛地区潮波与内陆淡水水位波动共同作用下的海水入侵过程的实验装置。

为达到上述目的，本实用新型是采用下述技术方案实现的：

本实用新型提供一种实验室中潮波生成模拟装置，包括水槽、潮汐生成器、水箱和潮波控制系统；所述水槽中间部分设置有填砂区，两端分别设置有盐水区和淡水区；所述盐水区和所述淡水区内均设有进水口、潮汐控制系统和潮汐生成器；所述水箱包括盐水水箱和淡水水箱；所述潮汐生成器包括与潮波控制系统相连接的连接杆和固定于所述连接杆底端的栅栏式溢流槽；所述栅栏式溢流槽为中空结构，且出口与所在水区对应的水箱相通，将高于所述栅栏式溢流槽的水流引流至对应的水箱中；所述潮汐生成器在所述潮波控制系统作用下的上下移动。

进一步的，所述潮波控制系统包括可编程控制器和通过接插件与所述可编程控制器连接的伺服直线滑台；所述伺服直线滑台包括伺服电机、与所述伺服电机连接的联轴器、直线滑台和滑动连接在所述直线滑台上的伺服滑块；所述伺服电机带动联轴器上下移动，所述联轴器带动所述伺服滑块在所述直线滑台上滑动，所述伺服滑块通过所述连接杆带动栅栏式溢流槽垂直升降。

进一步的，所述可编程控制器可调节所述伺服滑块的上下移动的幅度与频率。

进一步的，所述伺服滑块通过所述连接杆带动栅栏式溢流槽上下移动做周期性正弦运动。

进一步的，所述盐水区和淡水区的进水口均通过抽水泵组和胶管与对应的水箱相连，使所述水箱中的水进入对应的水区内。

进一步的，所述栅栏式溢流槽包括槽底板、设置在所述槽底板上的溢流槽外缘、设置在所述溢流槽外缘内的溢流槽内缘和设置在槽底板下方的引流管；所述槽底板在溢流槽外缘与溢流槽内缘之间设有镂空结构，且所述槽底板开设有与所述引流管相通的通孔，所述槽底板与所述溢流槽内缘相配合将高于所述溢流槽内缘的水流引流至所述引流管中。

进一步的，所述水槽为有机玻璃水槽。

进一步的，所述水箱长度均为115cm，宽度为70cm，高度为60cm；所述填砂区长度为400cm，高度为80cm，厚度为2cm；所述盐水区和淡水区的长度为55cm,宽度为55cm,高度为100cm；所述栅栏式溢流槽边长为40cm。

与现有技术相比，本实用新型所达到的有益效果：

1、本实用新型通过在水槽两端分设淡水区和盐水区以及对应的潮汐生成器和潮波控制系统，能够同时模拟潮汐信号和内陆水位波动信号，能客观模拟滨海地区潮波和内陆水位波动共同作用下的水盐运移，以及海岛地区潮波作用下的水盐运移，弥补了现有技术的不足；

2、通过可编程控制器控制伺服直线滑台的联轴器带动潮汐生成器做周期性正弦运动,模拟海洋潮汐作用和内陆水位变化，结构简单,造价低廉,性能可靠；

3、本实用新型的各部件布置合理，结构简单，性能可靠，可灵活设置、稳定产生不同周期、不同振幅、不同水位的潮汐信号条件，并且潮汐信号稳定；

4、溢流槽内缘用于增加溢流边，提高排水效率和试验准确性，如果溢流边太少，抽水泵组往盐水区泵水太大的话，高于栅栏式的水会来不及流入溢流槽内会有一部分水雍高，试验结果就难以准确。

5、本实用新型通过抽水泵组将水箱中的水抽入水槽中，可实现水量循环使用，减少在实验过程中产生的水量浪费。

附图说明

图1是一种模拟海岛地区潮汐作用下的水盐运移的实验水槽的整体结构图；

图2是一种模拟海岛地区潮汐作用下的水盐运移的实验水槽的侧视图；

图3是本装置栅栏式溢流槽的俯视图；

图4是图3的A-A剖面图。

图中：1、填砂区；2、盐水区；3、盐水水箱；4、抽水泵组；5、栅栏式溢流槽；6、伺服电机；7、可编程控制器；8、接插件；9、联轴器；10、直线滑台；11、伺服滑块；12、连接杆；13、胶管；14、溢流槽外缘；15、溢流槽内缘；16、淡水区；17、淡水水箱。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

实施例一：

本实施例提供一种实验室中潮波生成模拟装置，包括水槽、潮汐生成器、水箱、抽水泵组4和潮波控制系统；所述水槽中间部分设置有填砂区1，两端分别设置有盐水区2和淡水区16；所述盐水区2和所述淡水区16内均设有进水口、潮汐控制系统和潮汐生成器；所述水箱包括盐水水箱3和淡水水箱17；所述潮汐生成器包括与潮波控制系统相连接的连接杆12和固定于所述连接杆12底端的栅栏式溢流槽5；所述栅栏式溢流槽5为中空结构，且出口与所在水区对应的水箱相通，从而将水流引流至对应的水箱中；所述潮波控制系统能够调节所述潮汐生成器的上下移动幅度与频率，从而控制对应的盐水区2或淡水区16内水位，形成不同的潮汐类型。

实施原理：水槽两端分设盐水区2和淡水区16同时模拟海洋和内陆水系；盐水区2和淡水区16内设有潮汐生成器和潮波控制系统，可以模拟潮汐信号和内陆水位波动信号；通过进水口向水区内加入对应的盐水或淡水，水位上升，模拟涨潮，在潮汐生成器上下移动过程中，盐/淡水在栅栏式溢流槽5的阻挡下维持相应的高度，当盐/淡水水位超过栅栏式溢流槽5水位后,即栅栏式溢流槽5下降至水位线下时，将水流快速引至栅栏式溢流槽5底部出口处，从而使高位水流从栅栏式溢流槽5的溢流面溢流入对应水箱，导致水区内水位下降至栅栏式溢流槽5挡水边缘，模拟退潮，从而在水区内形成模拟潮汐和模拟水位变化；通过潮波控制系统调节潮汐生成器的上下移动幅度与频率，从而控制对应的盐水区2或淡水区16内水位，形成不同的潮汐类型。

实施例二：

本实施例提供一种实验室中潮波生成模拟装置，如图1-3所示，包括水槽、潮汐生成器、水箱、抽水泵组4和潮波控制系统。

所述水槽材质为有机玻璃，整个装置呈对称结构，水槽中间部分为填砂区1，两端分别为盐水区2和淡水区16，填砂区1长度为400cm，高度为80cm，厚度为2cm。盐水区2和淡水区16的长度为55cm,宽度为55cm,高度为100cm。

所述潮汐生成器为垂直升降式潮汐生成器，所述潮汐生成器置于水箱内，由栅栏式溢流槽5和连接杆12组成，栅栏式溢流槽5出口与所在水区对应的水箱相通，上端与伺服直线滑台10的伺服滑块11相连。所述栅栏式溢流槽5边长为40cm,俯视呈“王”字型，采用中空设计，溢流槽外缘14和溢流槽内缘15均可用于溢流，中空设计将水流快速引至栅栏式溢流槽5底部的引流管中，引流至盐水水箱3或淡水水箱17。

栅栏式溢流槽5起到调节盐水区2和淡水区16盐/淡水水位的作用，盐/淡水由盐水水箱3和淡水水箱17通过胶管13泵入水槽盐水区2和淡水区16,其在潮汐生成器上下移动过程中,盐/淡水在栅栏式溢流槽5的阻挡下维持相应的高度，当盐/淡水水位超过栅栏式溢流槽5水位后,多余部分从栅栏式溢流槽5的溢流面溢流入对应水箱中。

如图3-4所示，所述栅栏式溢流槽5整体呈方形，包括槽底板、设置在所述槽底板上的溢流槽外缘14、设置在所述溢流槽外缘14内的溢流槽内缘15和设置在槽底板下方的引流管；所述槽底板在溢流槽外缘14与溢流槽内缘15之间设有镂空结构，且所述槽底板开设有与所述引流管相通的通孔，所述槽底板与所述溢流槽内缘15相配合将高于所述溢流槽内缘15的水流引流至所述引流管中。溢流槽内缘15用于增加溢流边，提高排水效率和试验准确性，如果溢流边太少，抽水泵组4往盐水区2泵水太快的话，高于栅栏式的水会来不及流入溢流槽内会有一部分水雍高，试验结果就不准确了，特别是栅栏式溢流槽5下降的时候，抽水泵组4功率太大，仅依靠溢流槽排水会跟不上。

所述水箱长度为115cm，宽度为70cm，高度为60cm，包括与盐水区2相通的盐水水箱3和与淡水区16相通的淡水水箱17，通过胶管13与水槽的盐水区2和淡水区16相连。所述抽水泵组4将水箱内盐/淡水泵入盐水区2和淡水区16，多余水量通过自动升降式潮汐生成器自动溢流回对应的水箱内。

所述潮波控制系统由可编程控制器7、接插件8和伺服直线滑台10组成。所述可编程控制器7可控制伺服直线滑台10的联轴器9做周期性正弦运动,以达到用来模拟潮汐作用。所述伺服直线滑台10置于水箱上部，由伺服电机6、联轴器9、直线滑台10以及伺服滑块11组成，伺服滑块11与潮汐生成器相连。所述可编程控制器7通过接插件8控制伺服电机6，伺服电机6带动联轴器9按照可编程控制器7下达的指令转动，联轴器9带动伺服滑块11在直线滑台10上滑动。

实施例三：

本实施例提供一种实施例二所述实验室中潮波生成模拟装置的使用方法，包括以下步骤：

使用时，在盐水水箱3和淡水水箱17中装入足量盐/淡水，启动抽水泵组4，将盐/淡水通过胶管13注入水槽盐水区2和淡水区16。

在可编程控制器7中设定潮汐的振幅和周期等特征，水位上升过程中自调节水泵调节流量，从水箱抽水进水槽内。可编程控制器7控制伺服电机6转动，伺服电机6带动联轴器9按照可编程控制器7下达的指令做周期性正弦转动，联轴器9带动伺服滑块11在直线滑台10上滑动，伺服滑块11通过连接杆12带动栅栏式溢流槽5垂直升降。

在潮汐生成器上下移动过程中,盐/淡水在栅栏式溢流槽5的阻挡下维持相应的高度。当盐/淡水水位超过栅栏式溢流槽5挡水边缘后,中空设计将水流快速引至栅栏式溢流槽5底部的引流管中，引流至对应水箱，起到调节水槽盐水区2和淡水区16盐/淡水水位的作用。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征，在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，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，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，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”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，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一定指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何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims

1.一种实验室中潮波生成模拟装置，其特征在于：包括水槽、潮汐生成器、水箱和潮波控制系统；

所述水槽中间部分设置有填砂区，两端分别设置有盐水区和淡水区；所述盐水区和所述淡水区内均设有进水口、潮汐控制系统和潮汐生成器；

所述水箱包括盐水水箱和淡水水箱；

所述潮汐生成器包括与潮波控制系统相连接的连接杆和固定于所述连接杆底端的栅栏式溢流槽；所述栅栏式溢流槽为中空结构，且出口与所在水区对应的水箱相通，将高于所述栅栏式溢流槽的水流引流至对应的水箱中；所述潮汐生成器在所述潮波控制系统作用下的上下移动。

2.根据权利要求1所述的一种实验室中潮波生成模拟装置，其特征在于，所述潮波控制系统包括可编程控制器和通过接插件与所述可编程控制器连接的伺服直线滑台；

所述伺服直线滑台包括伺服电机、与所述伺服电机连接的联轴器、直线滑台和滑动连接在所述直线滑台上的伺服滑块；

所述伺服电机带动联轴器上下移动，所述联轴器带动所述伺服滑块在所述直线滑台上滑动，所述伺服滑块通过所述连接杆带动栅栏式溢流槽垂直升降。

3.根据权利要求2所述的一种实验室中潮波生成模拟装置，其特征在于，所述可编程控制器可调节所述伺服滑块的上下移动的幅度与频率。

4.根据权利要求3所述的一种实验室中潮波生成模拟装置，其特征在于，所述伺服滑块通过所述连接杆带动栅栏式溢流槽上下移动做周期性正弦运动。

5.根据权利要求1所述的一种实验室中潮波生成模拟装置，其特征在于，所述盐水区和淡水区的进水口均通过抽水泵组和胶管与对应的水箱相连，使所述水箱中的水进入对应的水区内。

6.根据权利要求1所述的一种实验室中潮波生成模拟装置，其特征在于，所述栅栏式溢流槽包括槽底板、设置在所述槽底板上的溢流槽外缘、设置在所述溢流槽外缘内的溢流槽内缘和设置在槽底板下方的引流管；所述槽底板在溢流槽外缘与溢流槽内缘之间设有镂空结构，且所述槽底板开设有与所述引流管相通的通孔，所述槽底板与所述溢流槽内缘相配合将高于所述溢流槽内缘的水流引流至所述引流管中。

7.根据权利要求1所述的一种实验室中潮波生成模拟装置，其特征在于，所述水槽为有机玻璃水槽。

8.根据权利要求1所述的一种实验室中潮波生成模拟装置，其特征在于，所述水箱长度为115cm，宽度为70cm，高度为60cm；所述填砂区长度为400cm，高度为80cm，厚度为2cm；所述盐水区和淡水区的长度为55cm,宽度为55cm,高度为100cm；所述栅栏式溢流槽边长为40cm。