稳定流量及含沙率的拟配径流实现方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种稳定流量及含沙率的拟配径流实现方法和装置。本发明专利技术是将水与泥沙在圆筒状槽体中混合，所得混合物经搅拌形成围绕轴向和圆周上下传输径流，径流出流后作为土壤侵蚀室内模拟及野外试验的拟配径流；所述径流中含沙率为1～5%，流量为2.5～100kg/min。基于本发明专利技术方法，一定比例的水和泥沙混合流体围绕轴向和圆周上下传输，有效消除了装置底部的沙粒淤积现象，泥沙颗粒均匀分布在流体之中，形成水‑沙均匀混合悬浮体系。本发明专利技术同时提供了实现所述方法的装置，结构简单紧凑，操作简单，通过水头控制阀和闸阀出流，可保证径流流量、含沙率稳定的持续供流，减少侵蚀试验数据的误差。

Method and device for realizing quasi runoff of stable flow and sediment content

The invention discloses a method and a device for realizing quasi runoff of stable flow and sediment content. The present invention is water and sediment in the cylindrical tank mixing, stirring the mixture formed around the axial and circumferential transmission on runoff, runoff flow as the indoor simulation and field test of soil erosion to match the runoff; runoff sediment flow rate was 1 ~ 5%, 2.5 ~ 100kg/min. Based on the method of the invention, a certain proportion of the mixed fluid sediment and water around the axial and circumferential upper and lower transmission, effectively eliminate the phenomenon of sand deposition at the bottom of the device, the sediment particles in the fluid, the formation of water sand mixed suspension system. The invention also provides a device for realizing the method, simple and compact structure, simple operation, through the pressure control valve and gate valve flow, can ensure the sustained supply runoff discharge and sediment flow rate stability, reduce the error of erosion test data.

【技术实现步骤摘要】
稳定流量及含沙率的拟配径流实现方法和装置
本专利技术涉及土壤侵蚀及水土保持
，更具体地，涉及一种稳定流量及含沙率的拟配径流实现方法和装置。
技术介绍
我国面临较为严峻的水土流失问题。在水土流失规律和土壤侵蚀研究中，径流冲刷试验是一种普遍而又重要的研究方法，应用于研究土壤抗冲系数、径流冲刷下土壤分离率等试验，探讨土壤抵抗径流水力破坏作用和搬运泥沙的能力。通常，不论是室内模拟坡面放水冲刷试验、原状土冲刷槽试验，还是野外实地放水冲刷法等，需要供流装置提供持续平稳、特定流量及含沙率的拟配径流。此类装置最理想的配流方式是把一定比例水与沙均匀混合，将泥沙颗粒均匀地分布在流体中，形成水-沙均匀悬浮体系平稳出流，保证试验的顺利开展及数据的科学准确性。现有的试验装置技术中，水沙混合配流装置存在底部泥沙淤积、拟配径流水沙混合不均、径流含沙率不稳定等缺陷，目前的冲刷试验装置多数为定水头清水冲刷为主，如公开号为CN203630133U等专利文件中提出在冲刷槽顶端焊接水箱和稳流池。但是，此类技术仅能用于清水冲刷试验，未见用于土壤侵蚀试验的水沙混合装置的报道，虽然国内外工程设备中也有不少具备上述功能的混合设备设施，但是受适用性、成本、结构、占地面积和国情的差异等多方面的制约，尚难在国内土壤侵蚀试验推广应用。所以，本领域亟需研究开发一种稳定流量及含沙率的拟配径流实现方法和装置。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是针对现有土壤侵蚀试验尤其是径流冲刷试验研究中的水沙均匀混合配流方法的不足，提供一种稳定流量及含沙率的拟配径流的实现方法。本专利技术要解决的另一技术问题是提供实现所述方法的装置。本专利技术的目的通过以下技术方案予以实现：提供一种稳定流量及含沙率的拟配径流的实现方法，是将水与泥沙在圆筒状槽体中混合，所得混合物经搅拌形成围绕轴向和圆周上下传输径流，径流出流后作为土壤侵蚀室内模拟及野外试验的拟配径流；所述径流中含沙率为1～5％，流量为2.5～100kg/min；所述搅拌的方法是设置叶轮和叶轮下方的底挡板共同搅拌实现；所述叶轮的直径D值与槽体的直径T值的比值为0.5；所述叶轮在槽体中的安装高度C值与叶轮的直径D值的比值为0.4；所述混合物的液位高度H值与槽体的直径T值的比值为0.6。在本专利技术设计的方法思想下，是与泥沙的混合物在被搅拌的时候不会产生内部流体打旋的现象，有效地增大水沙混合的紊流强度，使被搅拌的径流上下翻腾，混合更为均匀。进一步地，科学设计槽体直径、叶轮直径、安装高度和混合物操作液面高度值，分别保证搅拌槽内流体的循环速度与搅拌功率达到最佳的平衡，以合适的搅拌功率获得最优的液体循环速度。叶轮和底挡板联合搅拌的方法，有效消除了混合液体底部沙粒淤积现象，泥沙颗粒均匀分布在流体之中，形成水-沙均匀混合悬浮体系，保证土壤侵蚀试验的科学性和准确性。优选地，本专利技术根据试验过程中各个关键影响因素之间的相互关系，设计所述叶轮的最小转速按照以下公式确定，保证流量、含沙率的持续的稳定供流，减少侵蚀试验数据的误差。式中：Nk为悬浮临界转速，r/s；S为与槽结构系数；dp为泥沙颗粒直径，m；x为平均泥沙颗粒相对重量百分浓度；γ为水的运动粘度，m2/s；Δρg、ρL分别为水沙密度差和水的密度，kg/m3。本专利技术同时提供了一种实现所述方法的装置，包括槽体、搅拌轴、水头控制阀和出流闸阀；所述槽体顶部设有开口；所述搅拌轴设置于槽体的中央位置，其从槽体的顶部贯穿至槽体的底部并分别与槽体的顶部和底部固定连接，所述搅拌轴上设置叶轮；所述水头控制阀和出流闸阀分别设置于槽体外壁的中上位置和底端位置；所述槽体的底部内壁上设置有底挡板。所述槽体优选为圆筒状槽体。采用圆筒状槽体较好地避免产生泥沙淤积。优选地，所述搅拌轴的两端分别通过轴承固定于槽体的底部和顶部。进一步优选地，所述轴承采用液封防锈轴承。优选地，所述槽体的顶部为敞口式，敞口处设置有固定杆，所述搅拌轴与固定杆经轴承固定连接。进一步优选地，所述固定杆为十字形结构。所述搅拌轴位于槽体的顶部的一端设有连接柄。通过转动连接柄带动搅拌轴的旋转。所述连接柄的转动可以通过手动也可以电动控制。采用单层叶轮的浅型槽比深型槽较为节省能量损耗，因此优选地，本专利技术所述水头控制阀安装的位置按照水头控制阀距离槽体底部的高度(H)与槽体的直径之比值(H/T)为0.6确定。优选地，所述叶轮的叶轮直径与槽径之比(D/T值)优选为0.5。因D/T值一般是根据叶轮的型式、悬浮液特性、悬浮状态等确定，槽内流体的循环速度与固-液悬浮操作密切相关，一般选小转速、大直径轴向流叶轮较为有利，但是，随着叶轮的增大，搅拌功率也将以D5增加。结合本专利技术整体结构和其他部件的设计，优选取D/T值为0.5，可以获得最佳协调的工作结果，搅拌效果与搅拌功率达到最佳平衡。进一步优选地，所述叶轮桨叶采用长薄叶螺旋桨。可以采用钢板扭曲加工为倾斜角为25°的长薄叶螺旋桨，安装在转动轴上。优选地，所述底挡板为四个，围绕底板中心呈十字型均匀分布，有效消除槽体内部流体打旋现象，有效地增大水沙混合的紊流强度，使被搅拌的径流上下翻腾。优选地，所述底挡板的尺寸按照底挡板高度：宽度(平行槽体直径方向的尺寸)：槽体直径的比值为0.06m：0.10m：1.2m确定。进一步优选地，所述底挡板采用材质为1.2mm厚的不锈钢板。优选地，本专利技术还包括平台，平台由角铁及镀锌方管焊组而成。平台的设置更加方便出流，进一步优选所述平台高度为2m。基于本专利技术装置，实现固-液体系均匀悬浮搅拌，适用于土壤侵蚀试验的水沙均匀混合操作。本专利技术的有益效果概括如下：本专利技术提供了一种稳定流量及含沙率的拟配径流实现方法，简单易行，且精确科学，具体是按照试验要求将一定比例水与沙均匀混合，科学设计关键参数，成功将泥沙颗粒均匀地分布在流体中，形成水-沙均匀悬浮体系平稳出流，能满足室内模拟坡面放水冲刷试验、原状土冲刷槽试验、野外实地放水冲刷法等试验要求，提供持续平稳、特定流量及含沙率的拟配径流，保证试验的顺利开展及数据的科学准确性。本专利技术同时提供了一种装置，弥补了现有冲刷试验装置只能采用定水头清水冲刷为主的技术不足，克服了现有的水沙混合配流装置存在底部泥沙淤积、拟配径流水沙混合不均、径流含沙率不稳定等缺陷。本专利技术装置具有以下有益效果：1)通过槽体、搅拌轴、叶轮及底挡板的合理设计，流体在装置内部围绕轴向和圆周上下传输；有效消除了装置底部的沙粒淤积现象，泥沙颗粒均匀分布在流体之中，形成水-沙均匀混合悬浮体系；2)装置结构简单紧凑，操作简单，通过水头控制阀和闸阀出流，可保证径流流量、含沙率稳定的持续供流，减少侵蚀试验数据的误差。附图说明图1本专利技术装置结构示意图。图2本专利技术实施例装置尺寸设计示意图。图3本专利技术装置内流体运动示意图。图4本专利技术装置流量折线图。图5本专利技术装置试验中含沙率折线图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例进一步说明本专利技术。下述实施例仅用于示例性说明，不能理解为对本专利技术的限制。除非特别说明，下述实施例中使用的设备材料和方法为本领域常规使用的设备材料和方法。实施例1本实施例提供一种适用于土壤侵蚀试验的水沙均匀混合配流装置，如图1所示，包括槽体1、搅拌轴2、水头控制阀3和出流闸阀4；所述槽体1的顶部11设有开口；所述搅拌轴2设置本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种稳定流量及含沙率的拟配径流的实现方法，其特征在于，是将水与泥沙在圆筒状槽体中混合，所得混合物经搅拌形成围绕轴向和圆周上下传输径流，径流出流后作为土壤侵蚀室内模拟及野外试验的拟配径流；所述径流中含沙率为1～5％，流量为2.5～100kg/min；所述搅拌的方法是设置叶轮和叶轮下方的底挡板共同搅拌实现；所述叶轮的直径D值与槽体的直径T值的比值为0.5；所述叶轮在槽体中的安装高度C值与叶轮的直径D值的比值为0.4；所述混合物的液位高度H值与槽体的直径T值的比值为0.6。

【技术特征摘要】
1.一种稳定流量及含沙率的拟配径流的实现方法，其特征在于，是将水与泥沙在圆筒状槽体中混合，所得混合物经搅拌形成围绕轴向和圆周上下传输径流，径流出流后作为土壤侵蚀室内模拟及野外试验的拟配径流；所述径流中含沙率为1～5％，流量为2.5～100kg/min；所述搅拌的方法是设置叶轮和叶轮下方的底挡板共同搅拌实现；所述叶轮的直径D值与槽体的直径T值的比值为0.5；所述叶轮在槽体中的安装高度C值与叶轮的直径D值的比值为0.4；所述混合物的液位高度H值与槽体的直径T值的比值为0.6。2.根据权利要求1所述稳定流量及含沙率的拟配径流的实现方法，其特征在于，所述叶轮的最小转速按照以下公式确定：式中：Nk为悬浮临界转速，r/s；S为与槽结构系数；dp为泥沙颗粒直径，m；x为平均泥沙颗粒相对重...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁志权，卓慕宁，李定强，谢真越，张思毅，
申请(专利权)人：广东省生态环境技术研究所，
类型：发明
国别省市：广东,44