CN2762252Y - 闸板式水面曲线活动水槽 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种闸板式水面曲线活动水槽。它具有自循环供水器、在自循环供水器内设有水泵，水泵由可控硅无级调速器控制，自循环供水器通过上水软管和下水软管与恒压水箱相接，恒压水箱内设有溢流板和稳水孔板，恒压水箱右下角设有变坡轴承，恒压水箱与变坡水槽、下水槽相接，变坡水槽内设有底坡水准泡、长度标尺、闸板，闸板由闸板锁紧轮固定，变坡水槽外挂垂向滑尺，变坡水槽右下方设有带标尺的升降机构，下水槽下设自循环回水装置。本实用新型采用了独立自循环恒压供水系统，闸板式水面曲线显示方式直观，操作简便，且适合于现代教学要求，总能耗为100w，是传统仪器的十分之一，同时也节省了实验布置场地。

Description

闸板式水面曲线活动水槽

技术领域

本实用新型涉及实验量测仪器，尤其涉及一种闸板式水面曲线活动水槽。

背景技术

水面曲线共有十二种型式，如图2，它们分别产生于五种不同底坡，因而实验时，必须首先确定底坡性质，其中需定量测定的，也是最关键的是平坡和临界坡。平坡可由水准泡或升降标尺值指示。临界底坡据下列各式测算：

$i_c=\frac{g{P}_c}{\mathrm{\α}{C}_c^2{B}_c}$

P_c＝B_c+2h_c

$h_c={\left(\frac{{\mathrm{\αq}}^2}{g}\right)}^{1/3}$

$C_c=\frac{1}{n}{R}_c^{1/3}$

$R_c=\frac{B_c{h}_c}{B_c+2h_c}$

式中，Pc、Cc、Bc、hc和Rc分别为明槽临界流时的湿周、谢才系数、槽宽、水深和水力半径；n为糙率。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种闸板式水面曲线活动水槽。

它具有自循环供水器、在自循环供水器内设有水泵，水泵由可控硅无级调速器控制，自循环供水器通过上水软管和下水软管与恒压水箱相接，恒压水箱内设有溢流板和稳水孔板，恒压水箱右下角设有变坡轴承，恒压水箱与变坡水槽、下水槽相接，变坡水槽内设有底坡水准泡、长度标尺、闸板，闸板由闸板锁紧轮固定，变坡水槽外挂垂向滑尺，变坡水槽右下方设有带标尺的升降机构，下水槽下设自循环回水装置。

本实用新型的优点：

1)一改以往结构庞大的作法，将其整个实验系统缩小简化，采用了独立自循环恒压供水系统，操作简便直观，且适合于现代教学要求，总能耗为100w，是传统仪器的十分之一，同时也节省了实验布置场地；

2)闸板式的水面曲线显示方式直观，操作简便，传统的水面曲线活动水槽一般采用双坡降以形成十二条水面曲线，而本仪器只需单边坡降即可。

附图说明

图1是闸板式水面曲线活动水槽结构示意图；

图2(a)是缓坡渠道(i_c＞i＞0)中理论上形成的a_I型壅水曲线、b_I型降水曲线和c_I型壅水曲线三条水面曲线示意图；

图2(b)是陡坡渠道(i＞i_c＞0)中理论上形成的a_II型壅水曲线、b_II型降水曲线和c_II型壅水曲线三条水面曲线示意图；

图2(c)是临界坡渠道(i＝i_c)中理论上形成的a_III型壅水曲线和c_III型壅水曲线二条水面曲线示意图；

图2(d)是平坡渠道(i＝0)中理论上形成的b₀型降水曲线和c₀型壅水曲线二条水面曲线示意图；

图2(e)是逆坡渠道(i＜0)中理论上形成的b′型降水曲线和c′型壅水曲线二条水面曲线示意图。

图3(a)是本实用新型在缓坡渠道(i_c＞i＞0)中实际显示的a_I型壅水曲线、b_I型降水曲线和c_I型壅水曲线三条水面曲线示意图；

图3(b)是本实用新型在陡坡渠道(i＞i_c＞0)中实际显示的a_II型壅水曲线、b_II型降水曲线和c_II型壅水曲线三条水面曲线示意图；

图3(c)是本实用新型在临界坡渠道(i＝i_c)中实际显示的a_III型壅水曲线和c_III型壅水曲线二条水面曲线示意图；

图3(d)是本实用新型在平坡渠道(i＝0)中实际显示的b₀型降水曲线和c₀型壅水曲线二条水面曲线示意图；

图3(e)是本实用新型在逆坡渠道(i＜0)中实际显示的b′型降水曲线和c′型壅水曲线二条水面曲线示意图。

具体实施方式

闸板式水面曲线活动水槽具有自循环供水器1、在自循环供水器内设有水泵，水泵由可控硅无级调速器3控制，自循环供水器1和下水软管与恒压水箱2相接，恒压水箱2内设有溢流板4和稳水孔板5，恒压水箱2右下角设有变坡轴承9，恒压水箱2与变坡水槽6、下水槽13相接，变坡水槽6内设有底坡水准泡8、长度标尺10、闸板7，闸板7由闸板锁紧轮11固定，变坡水槽6外挂垂向滑尺12，变坡水槽6右下方设有带标尺的升降机构14，下水槽13下设自循环回水装置15。

本实用新型的工作过程是：

实验方法

实验开始，起动水泵，调节调速器使供水流量最大，水流由自循环供水器通过上水软管及稳水孔板，恒压水箱内形成恒定水头，同时经过变坡水槽、下水槽及自循环回水装置回到自循环供水器，待水头稳定后测量过槽流量Q，重测两次取其均值。根据过槽流量Q计算i_c值和ΔZ_c值(ΔZ_c＝i_c·L₀)。

至所需的高程读数，使槽底坡度i＝i_c，观察槽中临界流(均匀流)时的水面曲线。然后插入闸板2，观察闸前和闸后出现的a₃型和c₃型水面曲线，并将曲线绘于记录纸上。

操纵带标尺的升降机构使槽底坡度出现i＞i_c(使底坡尽量陡些)，插入闸板2，调节开度，使渠道上同时呈现a₂、b₂、c₂型水面曲线，并绘于记录纸上。

操纵带标尺的升降机构使槽底坡度出现0＜i＜i_c(使底坡尽量接近于0)、i＝0和i＜0，插入闸板1，调节开度，使渠道上分别出现相应的水面曲线，并绘于记录纸上。(缓坡时，闸板1开启适度，能同时呈现a₁、b₁、c₁型水面曲线)。为了在一个底坡上同时呈三种水面线，要求缓坡宜缓些，陡坡宜陡些，实验中产生的水面曲线如图3所示。

实验分析

临界流动是区分急缓流的典型流态。临界流时的断面比能E为最小，且水深在一定范围内变化时对比能E的影响极小，故水面受扰动时，易产生大的波动，并形成不稳定的波状水面线，其波峰与波谷处的水深分别大于与小于临界水深h_c。因此，在临界流时，很难准确地测定h_c值。但当在临界底坡上生成a₃与c₃型水面曲线时，容易由实验验证a₃、c₃水面线具有趋近于水平线的特征(用直尺直接测量水面至水平桌面的垂直距离，即可验证其是否水平)，并可由此分析得流动是否为临界线。b型水面线是位于N-N线和c-c线之间的，而临界流时N-N线和c-c线重合，故无b型水面线。因此当底坡接近于临界底坡时，N-N线和c-c线之间区域很窄，难以形成b型水面线。所以，为使b型水面线较易生成，实验时要求缓坡宜缓、陡坡宜陡。

水面线实验的另一个重要内容是急缓流控制断面的观察分析选定。a、b型水面线(b₂型除外)均为缓流，c型和b₂型水面线均为急流。如对水面加一扰动，我们可看到，急流时扰动波不能向上游传播，而缓流时，干扰波能向上游传播。可见急流的控制断面，只能在上游，而缓流的控制断面可以在下游。例如实验中的闸板位置是生成各水面线的控制断面，闸前为缓流，闸后为急流。根据闸板的开度即可计算闸前或闸后(自由出流时)的水面线。跌坎是缓流向急流过渡的控制断面。在跌坎偏上游处的断面上，其水深为临界水深、跌坎可作为计算b型水面曲线的控制断面。

Claims (1)

1、一种闸板式水面曲线活动水槽，其特征在于它具有自循环供水器(1)、在自循环供水器内设有水泵，水泵由可控硅无级调速器(3)控制，自循环供水器(1)通过上水软管和下水软管与恒压水箱(2)相接，恒压水箱(2)内设有溢流板(4)和稳水孔板(5)，恒压水箱(2)右下角设有变坡轴承(9)，恒压水箱(2)与变坡水槽(6)、下水槽(13)相接，变坡水槽(6)内设有底坡水准泡(8)、长度标尺(10)、闸板(7)，闸板(7)由闸板锁紧轮(11)固定，变坡水槽(6)外挂垂向滑尺(12)，变坡水槽(6)右下方设有带标尺的升降机构(14)，下水槽(13)下设自循环回水装置(15)。

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