一种试验水槽及其试验方法技术

本发明专利技术公开了一种试验水槽及其试验方法，试验水槽包括进水箱、带转弯段水槽、出水箱、储水箱、水泵和示踪球，进水箱设有进水口和第一矩形薄壁堰，出水箱设有出水口和第二矩形薄壁堰；进水箱、带转弯段水槽和出水箱顺次相接，储水箱通过连接管分别与进水口、出水口相接；水泵设在进水箱与储水箱之间的连接管上；示踪球设在带转弯段水槽内。本发明专利技术结构简单、成本低廉，功能多样；在测量水位、测量垂线平均流速试验过程中精确控制水槽中进水、出水流量，保证试验条件—恒定流；只需测量薄壁堰处的堰上水头即可运用公式得到流量；通过示踪球展示水流迹线，描述转弯段的水流运动规律，现象清晰；示踪球不影响水质，由带孔挡板回收，可实现循环利用。

Test flume and test method thereof

The invention discloses a test tank and its test method, test tank comprises a water inlet tank, water tank, a water tank with a turning section, water tank, water pump and tracer ball into the water tank is provided with a water inlet and a water tank first rectangle thin-wall weir, and a water outlet and second rectangle thin-wall weir; into the water tank, water tank and a water tank with a turning section which are connected in sequence, the water storage tank through the connecting pipe are respectively connected with a water inlet and a water outlet; the water pump is arranged between the inlet box and the water tank on the connecting tube; in turn section with tracer sphere tank. The invention has the advantages of simple structure, low cost, multiple functions; in the measurement of water level, measuring the average vertical velocity during the test precise control of tank inlet and outlet flow, ensure the test condition of constant flow; only measuring the overflow weir weir head can be obtained by using the formula of flow; tracer ball flow trace, flow description the motion law of bend phenomenon clearly; tracer sphere does not affect the water quality, the baffle plate with a hole can realize recovery, recycling.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是涉及一种试验水槽及其试验方法，具体地说是涉及一种能够准确控制流量并清晰观察水流流态的试验水槽及其试验方法。
技术介绍
拥有港航专业的高校需要通过水流试验来加深学生对水力学、河流动力学等课程知识的理解。部分高校现有实验设备仅能满足一些基础工作，如直接从水泵向试验水槽中加水，通过直尺测量水槽中某一断面左、中、右的水位，在断面左、中、右三处分别架设旋桨式流速仪来测量垂线平均流速，在水槽中滴入红墨水或放入木屑来观察水流流态。现有试验过程中未测量水槽的进出水口流量来保证水流恒定，若水流不恒定，试验中所测得的水流统计规律就没有实际意义。此外，加入的红墨水、木屑难以从水中析出，不便于循环使用且长时间放置后易使水槽附着红色或产生异味。
技术实现思路
专利技术目的：为克服现有技术不足，本专利技术旨于提供一种试验水槽及其试验方法。技术方案：为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：一种试验水槽，包括进水箱、带转弯段水槽、出水箱、储水箱、水泵和示踪球，所述进水箱设有进水口和第一矩形薄壁堰，出水箱设有出水口和第二矩形薄壁堰；所述进水箱、带转弯段水槽和出水箱顺次相接，储水箱通过连接管分别与进水口、出水口相接；水泵设在进水箱与储水箱之间的连接管上；示踪球设在带转弯段水槽内。工作原理：本专利技术试验水槽试验水槽通过对进水箱加水到一定程度后，测量第一矩形薄壁堰和第二矩形薄壁堰处的堰上水头，运用公式计算得到进入带转弯段水槽的流量和流出带转弯段水槽的流量，比较两处流量是否相等即可判断带转弯段水槽中是否为恒定流；确定水流为恒定流后，用常规实验仪器进行水位、流速测量常规试验；再将常规实验仪器取出，保持水流恒定，向进水箱中加入示踪球，示踪球浮在水中，用相机记录示踪球的状态即可直观地描述顺直段、转弯段的水流运动规律；对于转弯段的横向环流分析，带转弯段水槽中放入丁坝后的丁坝回流区范围、回流强度、回流区形态分析等问题都能有较为清晰地解释。所述带转弯段水槽上设有通气管。由于计算流量系数时，要求堰流水舌下缘为大气压强，否则水舌下部空气会被水流带走形成负压，计算得到的流量系数与实际的流量系数会产生较大偏差影响流量计算精度，通气管用于保证压强要求。所述第一矩形薄壁堰和第二矩形薄壁堰溢流宽度相同，第一矩形薄壁堰堰高高于第二矩形薄壁堰。能使带转弯段水槽上下游有水头差，水流易产生流动，试验现象更加明显。所述进水箱内正对进水口位置设有挡水板。能使水流冲击到板上后向挡水板四周均匀扩散，保持水流稳定。所述出水箱内与带转弯段水槽连接处设有带孔挡板，带孔挡板均匀设有一个以上圆孔，圆孔孔径小于示踪球直径。能在试验结束后可从带孔挡板上收集示踪球，能使示踪球重复使用，从而达到不影响水质且循环利用。所述示踪球为密度为1g/cm3的白色示踪球。能使白色示踪球悬浮在水中，用相机记录白色示踪球的状态即可直观地描述顺直段、转弯段的水流运动规律。对于转弯段的横向环流分析，带转弯段水槽中放入丁坝后的丁坝回流区范围、回流强度、回流区形态分析等问题都能有较为清晰地解释。上述的试验水槽的试验方法，包括以下步骤：(1)试验开始，打开水泵，从储水箱中加水进入进水箱，由于水泵压力较大，会使进水中水流有向上冲的趋势，挡水板使水流冲击到板上后向挡水板四周均匀扩散，保持水流稳定；(2)经过一段时间的加水，进水箱中第一矩形薄壁堰上形成堰上水头H，第一矩形薄壁堰的溢流宽度小于带转弯段水槽的宽度，此处的堰流为自由出流且没有侧收缩，根据公式：式中：Q为流量，m0为流量系数，B为溢流宽度，g为重力加速度，H为堰上水头，a为堰高；可求得进入带转弯段水槽的流量Q1；运用式(2)计算流量系数时，要求堰流水舌下缘为大气压强，否则水舌下部空气会被水流带走形成负压，计算得到的流量系数与实际的流量系数会产生较大偏差影响流量计算精度，通过设置通气管来保证压强要求，同理，带转弯段水槽尾部也会形成类似的堰流，第一矩形薄壁堰和第二矩形薄壁堰的溢流宽度相同，堰高不同，第一矩形薄壁堰的堰高高于第二矩形薄壁堰，使带转弯段水槽上下游有水头差，水流易产生流动，试验现象更加明显；出水箱的宽度大于第二矩形薄壁堰的溢流宽度，第二矩形薄壁堰处的堰流为自由出流且无侧收缩，用式(1)、(2)计算流出带转弯段水槽的流量Q2；试验过程中计算第一、第二矩形薄壁堰处的流量Q1和Q2时，由于式(1)、(2)中除了堰上水头H其他参数均为定值，因此每次试验只需测量第一、第二矩形薄壁堰处的堰上水头H即可；比较Q1和Q2是否相等即可判断带转弯段水槽中是否为恒定流；(3)确定水流为恒定流后，用常规实验仪器进行水位、流速测量常规试验；(4)将常规实验仪器取出，保持水流恒定，向进水箱中加入密度为1g/cm3的白色示踪球，由于白色示踪球密度与水相同，白色示踪球悬浮在水中，用相机记录白色示踪球的状态即可直观地描述顺直段、转弯段的水流运动规律；对于转弯段的横向环流分析，带转弯段水槽中放入丁坝后的丁坝回流区范围、回流强度、回流区形态分析等问题都能有较为清晰地解释。试验结束后，从带孔挡板上收集白色示踪球，水流由出水口流入储水箱，再由水泵加入进水箱。收集到的白色示踪球也可进行重复试验从而达到不影响水质且循环利用。本专利技术未提及的技术均为现有技术。有益效果：与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：(1)在普通测量水位、测量垂线平均流速试验过程中通过矩形薄壁堰精确控制水槽中进水、出水流量，保证试验条件—恒定流；(2)试验过程中只需测量薄壁堰处的堰上水头即可运用公式得到流量，简便且合理；(3)通过白色示踪球展示水流迹线，描述转弯段的水流运动规律，现象清晰；(4)白色示踪球不影响水质，由带孔挡板回收，可实现循环利用；(5)装置结构简单、成本低廉，功能多样。附图说明图1是本专利技术试验水槽结构示意图；图2是图1中A-A断面图；图3是图1中B-B断面图；图4是堰流公式示意图；图中，1为进水箱、2为带转弯段水槽、3为通气管、4为出水箱、5为储水箱、6为水泵、7为示踪球、8为进水口、9为挡水板、10为第一矩形薄壁堰、11为第二矩形薄壁堰、12为带孔挡板、13为出水口。具体实施方式为了更好地理解本专利技术，下面结合实施例进一步阐明本专利技术的内容，但本专利技术的内容不仅仅局限于下面的实施例。实施例1如图1-4所示，一种试验水槽，包括进水箱1、带转弯段水槽2、出水箱4、储水箱5、水泵6和示踪球7，所述进水箱1设有进水口8和第一矩形薄壁堰10，出水箱4设有出水口13和第二矩形薄壁堰11；所述进水箱1、带转弯段水槽2和出水箱4顺次相接，储水箱5通过连接管分别与进水口8、出水口13相接；水泵6设在进水箱1与储水箱5之间的连接管上；示踪球7设在带转弯段水槽2内；带转弯段水槽2上设有通气管3；第一矩形薄壁堰10和第二矩形薄壁堰11溢流宽度相同，第一矩形薄壁堰10堰高高于第二矩形薄壁堰11；进水箱1内正对进水口8位置设有挡水板9；出水箱4内与带转弯段水槽2连接处设有带孔挡板12，带孔挡板12均匀设有一个以上圆孔，圆孔孔径小于示踪球7直径；示踪球7为密度为1g/cm3的白色示踪球7。本专利技术试验水槽通过对进水箱1加水到一定程度后，测量第一矩形薄壁堰10和第二矩形薄壁堰11处的堰上水头，运用公式计算得到进入带转弯段水槽2的流量和流出带转弯段本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种试验水槽，其特征在于：包括进水箱(1)、带转弯段水槽(2)、出水箱(4)、储水箱(5)、水泵(6)和示踪球(7)，所述进水箱(1)设有进水口(8)和第一矩形薄壁堰(10)，出水箱(4)设有出水口(13)和第二矩形薄壁堰(11)；所述进水箱(1)、带转弯段水槽(2)和出水箱(4)顺次相接，储水箱(5)通过连接管分别与进水口(8)、出水口(13)相接；水泵(6)设在进水箱(1)与储水箱(5)之间的连接管上；示踪球(7)设在带转弯段水槽(2)内。

【技术特征摘要】
1.一种试验水槽，其特征在于：包括进水箱(1)、带转弯段水槽(2)、出水箱(4)、储水箱(5)、水泵(6)和示踪球(7)，所述进水箱(1)设有进水口(8)和第一矩形薄壁堰(10)，出水箱(4)设有出水口(13)和第二矩形薄壁堰(11)；所述进水箱(1)、带转弯段水槽(2)和出水箱(4)顺次相接，储水箱(5)通过连接管分别与进水口(8)、出水口(13)相接；水泵(6)设在进水箱(1)与储水箱(5)之间的连接管上；示踪球(7)设在带转弯段水槽(2)内。2.如权利要求1所述的试验水槽，其特征在于：所述带转弯段水槽(2)上设有通气管(3)。3.如权利要求2所述的试验水槽，其特征在于：所述第一矩形薄壁堰(10)和第二矩形薄壁堰(11)溢流宽度相同，第一矩形薄壁堰(10)堰高高于第二矩形薄壁堰(11)。4.如权利要求2所述的试验水槽，其特征在于：所述进水箱(1)内正对进水口(8)位置设有挡水板(9)。5.如权利要求2所述的试验水槽，其特征在于：所述出水箱(4)内与带转弯段水槽(2)连接处设有带孔挡板(12)，带孔挡板(12)均匀设有一个以上圆孔，圆孔孔径小于示踪球(7)直径。6.如权利要求1-5任意一项所述的试验水槽，其特征在于：所述示踪球(7)为密度为1g/cm3的白色示踪球(7)。7.权利要求1-6任意一项所述的试验水槽的试验方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)试验开始，打开水泵(6)，从储水箱(5)中加水进入进水箱(1)，由于水泵(6)压力较大，会使进水中水流有向上冲的趋势，挡水板(9)使水流冲击到板上后向挡水板(9)四周均匀扩散，保持水流稳定；(2)经过一段时间的加水，进水箱(1)中第一矩形薄壁堰(10)上形成堰上水头H，第一矩形薄壁堰(10)的溢流宽度小于带转弯段水槽(2)的宽度，此处的堰流为自由出流且没有侧收缩，根据公式...

【专利技术属性】
技术研发人员：严士常，周雅，朱瑞虎，李同飞，杨越，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32