一种滚筒式非均匀推移质颗粒分选试验装置制造方法及图纸

一种滚筒式非均匀推移质颗粒分选试验装置，透明圆筒用于容纳试验所需的不同粒径的球形玻璃珠，一侧通过止推轴承来约束轴向位移，且在顶部安装防护罩；驱动电机置于透明圆筒上侧，通过齿轮传动带动透明圆筒的转动；激光器发射的激光束以激光面的形式穿过透明圆筒的圆形截面，激光束在圆柱型滚筒中照亮的截面为高速相机的拍摄区域；高速相机用于拍摄激光照射截面的球形玻璃珠的位移特征，通过数据线与计算机连接以存储其拍摄的图像。本实用新型专利技术简化非均匀推移质扩散和分选的物理过程，减少除粒径之外的其他干扰项在试验过程中的影响，从而得到更加有规律性的试验数据用于支撑理论研究。

【技术实现步骤摘要】
一种滚筒式非均匀推移质颗粒分选试验装置
本技术涉及推移质运动领域，一种滚筒式非均匀推移质颗粒分选试验装置，用于模拟非均匀推移质颗粒的扩散特征和不同粒径推移质的分选规律。
技术介绍
推移质的扩散和分选特性对于河口的河床沉积和河床沙坡成形具有重要影响。河床的表层通常为粗化层，而细颗粒推移质通常向河床底部沉积，而人们对于该自然界普遍规律形成机理的认知却非常有限。为了解这一自然特征的形成机理，研究者们建立了相似比例的物理模型试验，采用不同粒径的颗粒模拟自然界中的非均匀推移质。试验表明，推移质的粒径对其沉积过程及垂直断面的分选特征具有重要的影响。因此，通过简化的物理模型试验进一步探寻不同粒径推移质的分选规律，并为其寻找理论模型，是未来研究的必然方向。当前常用的推移质颗粒分选试验装置，通常是建立室内长缓坡水槽模拟自然界中的河床，并依据相似理论确定推移质的粒径，通过长时间在水槽上游侧注水和供给推移质颗粒，来模拟河流的流动推动槽底推移质的运动。该方案需要在注水的同时，在上游侧持续供入推移质颗粒，推移质颗粒在上游侧进入水槽后，一部分被水流携带流出水槽尾端，另一部分沉积到水槽底部。该方案的问题在于，一、推移质在水槽中运动存在的随机过程导致该方案得到的试验数据不够简化，而理论研究通常是简化模型，该方案难以为理论研究提供支撑；二、水的流速和对应的推移质供给速率的对应关系调控的可操作范围过大，一定程度上降低试验研究的普适性。三、推移质供给过程中的误差无法避免，输沙量难以精确控制。四、室内长水槽为了保证试验尺度，占用空间通常过大；五、实时监测难度大，并且每个时间点都是不可以复制的。中国专利技术专利“河床推移质垂直断面分选模型试验装置及其使用方法”(专利号：CN105841920A)，公开了一种通过给密闭水槽的槽底安装传送带来取代长水槽的解决方案。该方案解决了室内长水槽占地空间过大的问题，并且实现了推移质颗粒分选和扩散过程的实时展现，但是试验数据的理论化分析仍然不够简单有效，很难做到对其普适规律的归纳总结。因此，提供一种简化常规的水槽设计的试验装置来为理论研究提供依托，是科研人员和工程技术人员努力追求的方向，也是对非均匀推移质扩散和分选进行深入的理论研究的必要条件。
技术实现思路
为了克服已有技术中非均匀推移质扩散和分选的物理过程复杂、有效性较差的不足，本技术提供了一种滚筒式非均匀推移质颗粒分选试验装置，针对不同粒径的推移质分选设计试验装置，简化非均匀推移质扩散和分选的物理过程，减少除粒径之外的其他干扰项在试验过程中的影响，从而得到更加有规律性的试验数据用于支撑理论研究。本技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种滚筒式非均匀推移质颗粒分选试验装置，包括支架和安装在支架上的透明圆筒、驱动电机、激光设备及光学镜片和高速相机，所述的透明圆筒用于容纳试验所需的不同粒径的球形玻璃珠，由4个安装在支架上的滑轮支撑，所述的透明圆筒一侧通过止推轴承来约束轴向位移，且在避开激光照射范围和相机拍摄范围的顶部安装防护罩；所述的驱动电机为变频调速电机，置于透明圆筒上侧，通过齿轮传动带动透明圆筒的转动；所述的激光设备及光学镜片包括一个激光器，所述的激光器发射的激光束通过聚焦镜片、反光镜片及角锥以激光面的形式穿过透明圆筒的圆形截面，激光束在圆柱型滚筒中照亮的截面为高速相机的拍摄区域；所述的高速相机用于拍摄激光照射截面的球形玻璃珠的位移特征，所述的高速相机通过数据线与计算机连接以存储其拍摄的图像。优选地，所述的透明圆筒为透明的有机玻璃材料，圆筒直径为30cm～60cm,圆筒长度为40cm～70cm，滚筒壁厚为1.5cm～2.5cm。所述的防护罩为有机塑料材质，厚度为2cm～4cm，防护罩通过弧形固定条连接在支架上，所述的防护罩可避免实验过程中透明圆筒滑落，以增加装置的安全性。所述的驱动电机在接通电源后可以匀速转动，转速可调节范围为0.1r/s～5r/s，电机转轴头部安装齿轮，直径为10cm～30cm，所述驱动电机置于透明圆筒上方，用于带动透明圆筒的转动，所述透明圆筒与驱动电机接触部分安装齿轮，其他部分为光滑表面。所述的高速相机为黑白相机或彩色相机，用于拍摄透明圆筒内部，在600*800像素数下的最高拍摄频率不低于30fps，高速相机位于圆筒侧面正前方，固定在三脚架上，调整三脚架的高度和位置，使其拍摄窗口应覆盖整个截面，通过数据线连接计算机。所述的激光器发射激光的波长为532nm，功率3KW～8KW，固定在试验装置上方的支架上，激光器发出的光束通过聚光镜、反光镜和角锥对光线路径的调整，穿过透明圆筒的圆形截面。所述的支架为铝合金材质，支架间通过焊接和螺钉固定，所述支架包括一级支架和二级支架，所述一级支架为5cm*10cm的矩形方管，所述二级支架为5cm*5cm的矩形方管。本技术中，将不同粒径的推移质颗粒置入透明圆筒中，在外力驱动下使滚筒不停转动，不同粒径的推移质在转动过程中会发生分选。该试验装置出现大粒径颗粒向外围扩散，小粒径颗粒向轴心扩散的特征，这些与自然界中河床小粒径颗粒向下沉积，大粒径颗粒通常沉积在河床表层的特征是相对应的。另外，利用激光束照射透明圆筒截面，通过高速相机观测滚筒式试验装置的圆形截面得到不同粒径的颗粒实时的分布特征，从而可以得到颗粒分选的动力过程。并且该装置不存在水流量及输沙量等因素的限制，可以简单有效的研究分选过程的运动机理，并为相应的理论研究提供了可能性。该装置的特点是将不同粒径的颗粒置于透明圆筒中，并持续转动透明圆筒来实现内部不同粒径颗粒的位移变迁。通过研究大粒径颗粒向外围扩散和小粒径颗粒向轴心扩散的位移变迁特征，来作为河床推移质非均匀颗粒分选的简化物理模型试验。该方案不仅简化了常规的推移质分选和扩散的物理模型，避免了常规试验中水速、边界效应等干扰因素，可以获得简单有效且规律性明显的两种粒径颗粒的位移数据，而且可以对其位移特征实时监测并得到大量实验数据，使总结其位移规律更为简便，为推移质分选的理论研究提供了可靠的简化模型。本技术的有益效果主要表现在：该装置采用透明圆筒作为试验装置，通过研究透明圆筒的转动过程中内部大粒径颗粒向外围移动和小粒径颗粒向轴心移动的速度和位移特征，简化了常规的推移质分选和扩散的物理模型，避免了常规试验中水速、边界效应等干扰因素，可以获得简单有效且规律性明显的两种粒径颗粒的位移数据，并对其位移特征实时监测，为推移质分选的理论研究提供了简化模型和可靠的试验依据。附图说明图1是本技术试验装置正视图；图2是本技术试验装置侧视图；图3是本技术试验装置滚轴和圆筒衔接处细节图；其中，1为接电线，2为激光器，3为一号激光聚焦镜片，4为镜片固定轴，5为反光镜片，6为二号激光聚焦镜片，7为角锥，8为防护罩，9为高速相机照射范围，10为高速相机，11为数据线，12为计算机，13为三脚架，14为一级支架，15为支架底座，16为二级支架，17为垫板，18为驱动电机，19为止推轴承，20为球形玻璃珠，21为滑轮，22为弧形固定条，23为透明圆筒，24为激光光线，25为圆筒齿轮，26为驱动电机齿轮。具体实施方式下面结合附图对本技术作进一步描述。参照图1～图3，一种滚筒式非均匀推移质颗粒分选试验装置，包本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种滚筒式非均匀推移质颗粒分选试验装置，其特征在于，包括支架和安装在支架上的透明圆筒、驱动电机、激光设备及光学镜片和高速相机，所述的透明圆筒用于容纳试验所需的不同粒径的球形玻璃珠，由4个安装在支架上的滑轮支撑，所述的透明圆筒一侧通过止推轴承来约束轴向位移，且在避开激光照射范围和相机拍摄范围的顶部安装防护罩；所述的驱动电机为变频调速电机，置于透明圆筒上侧，通过齿轮传动带动透明圆筒的转动；所述的激光设备及光学镜片包括一个激光器，所述的激光器发射的激光束通过聚焦镜片、反光镜片及角锥以激光面的形式穿过透明圆筒的圆形截面，激光束在圆柱型滚筒中照亮的截面为高速相机的拍摄区域；所述的高速相机用于拍摄激光照射截面的球形玻璃珠的位移特征，所述的高速相机通过数据线与计算机连接以存储其拍摄的图像。

【技术特征摘要】
1.一种滚筒式非均匀推移质颗粒分选试验装置，其特征在于，包括支架和安装在支架上的透明圆筒、驱动电机、激光设备及光学镜片和高速相机，所述的透明圆筒用于容纳试验所需的不同粒径的球形玻璃珠，由4个安装在支架上的滑轮支撑，所述的透明圆筒一侧通过止推轴承来约束轴向位移，且在避开激光照射范围和相机拍摄范围的顶部安装防护罩；所述的驱动电机为变频调速电机，置于透明圆筒上侧，通过齿轮传动带动透明圆筒的转动；所述的激光设备及光学镜片包括一个激光器，所述的激光器发射的激光束通过聚焦镜片、反光镜片及角锥以激光面的形式穿过透明圆筒的圆形截面，激光束在圆柱型滚筒中照亮的截面为高速相机的拍摄区域；所述的高速相机用于拍摄激光照射截面的球形玻璃珠的位移特征，所述的高速相机通过数据线与计算机连接以存储其拍摄的图像。2.如权利要求1所述的一种滚筒式非均匀推移质颗粒分选试验装置，其特征在于，所述的透明圆筒为透明的有机玻璃材料，圆筒直径为30cm～60cm,圆筒长度为40cm～70cm，滚筒壁厚为1.5cm～2.5cm。3.如权利要求1或2所述的一种滚筒式非均匀推移质颗粒分选试验装置，其特征在于，所述的防护罩为有机塑料材质，厚度为2cm～4cm，防护罩通过弧形固定条连接在支架上。4.如权利要求1或2...

【专利技术属性】
技术研发人员：周佩剑，李亚飞，颜朝寿，牟介刚，蒋豪杰，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：新型
国别省市：浙江,33