一种非饱和带水气二相流实验模拟系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种非饱和带水气二相流实验模拟系统，包括降雨装置，降雨装置内部下方放置有顶部开放的实验槽，实验槽底部通过导管与地下水位控制装置的底部密封连通，地下水位控制装置的高度可以调节，地下水位控制装置下方放置有效降雨补给收集装置，地下水位控制装置包括顶部开放的集水槽，集水槽的侧壁设有地下水位控制孔，集水槽通过地下水位控制孔密封连通有有效降雨补给收集管，有效降雨补给收集管下端伸入有效降雨补给收集装置内。本实用新型专利技术能精确模拟不同降雨强度和降雨历时，以及不同地下水位情况下，不同时刻实验槽内含水率，气相压力以及降雨累计入渗量，实现对非饱和带水气二相流的准确模拟。

An unsaturated zone water vapor two-phase flow experimental simulation system

The utility model discloses an unsaturated two-phase flow experiment simulation system, including rainfall, rainfall is below the internal device placed on the top of the tank at the bottom of the open experiment, experimental tank through the catheter and underground water level control device is sealed at the bottom with height of underground water level control device can be adjusted, the underground water level control device is arranged below the effective the rainfall collection device, underground water level control of water tank device includes a top opening, the side wall is provided with a water tank water level control of underground hole, water tank through the control of underground water seal hole communicated with the effective rainfall recharge collection tube, effective rainfall recharge collection tube lower end extends into the effective rainfall recharge collection device. The utility model accurately simulates the water content, gas pressure and cumulative infiltration amount of the experimental tank at different time points under different rainfall intensity and rainfall duration and different groundwater level conditions, and realizes the accurate simulation of the two-phase flow of water and gas in unsaturated zone.

【技术实现步骤摘要】
一种非饱和带水气二相流实验模拟系统
本技术属于地下水科学与工程领域，涉及一种水气二相流实验模拟系统，具体涉及一种非饱和带水气二相流实验模拟系统。
技术介绍
除了固体骨架外，非饱和带内的孔隙被水流和气体完全充满，是一个典型的水气二相流系统，一方面，降雨入渗过程是激发非饱和带水气二相运动的主要因素，另一方面，地下水位的不同会显著影响非饱和带水气二相流的运动过程。传统实验中采用简单的水量控制装置不能精确地模拟各类降雨过程，实际实验中调节地下水位的步骤过于繁琐，而且许多实验装置只能单一控制一个变量，缺乏能控制多实验条件的集成系统进行水气二相流的研究。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷和不足，本技术提供了一种非饱和带水气二相流实验模拟系统，克服现有技术不能精确地模拟各类降雨过程，调节地下水位的步骤过于频繁，只能单一控制一个变量进行水气二相流研究的缺陷。为达到上述目的，本技术采取如下的技术方案：一种非饱和带水气二相流实验模拟系统，包括降雨装置，降雨装置内部下方放置有顶部开放的实验槽，还包括地下水位控制装置，地下水位控制装置的高度可以调节，地下水位控制装置下方放置有效降雨补给收集装置；所述的实验槽侧壁的不同高度处加工有多个探针孔；所述的地下水位控制装置包括顶部开放的集水槽，集水槽底部通过导管与实验槽的底部密封连通，集水槽的侧壁设有地下水位控制孔，集水槽通过地下水位控制孔密封连通有有效降雨补给收集管，有效降雨补给收集管下端伸入有效降雨补给收集装置内。本技术还具有如下区别技术特征：所述的降雨装置为人工降雨模拟器，人工降雨模拟器包括计量水罐装置和本体框架，计量水罐装置通过供水管密封连通本体框架的顶部的喷头，计量水罐装置内部设有驱动电机，降雨定时器和测速表。所述的喷头设于实验槽的正上方。所述的喷头位于实验槽正上方至少30cm处。所述的喷头分布的面积大于实验槽顶部开口的大小。所述的探针孔在距离实验槽上端越近的位置分布越密集，探针孔内能密封插入传感器的探针，传感器连接数据采集箱，所述的传感器为气相压力传感器和土壤水分传感器。所述的集水槽和有效降雨补给收集装置都安装在升降架上，集水槽和有效降雨补给收集装置的高度可以调节；集水槽位于有效降雨补给收集装置的上方。所述的实验槽底部放置在支撑板上，支撑板的高度可以调节。所述的导管为足够长的软管。所述的有效降雨补给收集装置为量筒。本技术与现有技术相比，有益的技术效果是：本技术的降雨装置进行人工模拟降雨时，雨滴能覆盖并落入实验槽的有效降雨面积内，同时控制降雨装置内的计量水罐装置内部的驱动电机，降雨定时器和测速表，可以随时调节降雨强度和降雨历时。本技术的地下水位控制装置的高度可以调节，地下水位控制装置包括顶部开放的集水槽，集水槽的侧壁设有地下水位控制孔，地下水位控制孔所在水平高度即为地下水位的高度，通过调节集水槽位置来设定所需地下水位的高度，可以简单实现地下水位的调整。本技术的非饱和带水气二相流实验模拟系统，将实验槽、降雨装置、数据采集箱、地下水位控制装置以及有效降雨补给收集装置组合成一个整体系统，能精确模拟不同降雨强度和降雨历时，以及不同地下水位情况下，不同时刻实验槽内含水率，气相压力以及降雨累计入渗量，实现对非饱和带水气二相流的准确模拟。附图说明图1为本技术的整体结构示意图；图2为本技术的实施例1的整体结构示意图；图3为本技术传感器和数据采集箱连接示意图；图中各标号表示为:1-降雨装置，2-实验槽，3-导管，4-地下水位控制装置，5-有效降雨补给收集装置，6-升降架，7-支撑板；(1-1)-计量水罐装置，(1-2)-本体框架，(1-3)-供水管，(1-4)-喷头；(2-1)-探针孔，(2-1-1)-传感器，(2-1-3)-数据采集箱；(4-1)-集水槽，(4-1-1)-地下水位控制孔，(4-1-2)-有效降雨补给收集管。以下结合说明书附图和具体实施方式对本技术做具体说明。具体实施方式如图1和图3所示，一种非饱和带水气二相流实验模拟系统，包括降雨装置1，降雨装置1为人工降雨模拟器，人工降雨模拟器包括计量水罐装置1-1和本体框架1-2，计量水罐装置1-1通过供水管1-3密封连通本体框架1-2的顶部的喷头1-4，喷头1-4的正下方放置有顶部开放的实验槽2，并且喷头1-4分布的面积大于实验槽2顶部开口的大小，使人工模拟降雨时，雨滴能覆盖并落入实验槽2的有效降雨面积内；计量水罐装置1-1内部设有驱动电机，降雨定时器和测速表，可以随时调节降雨强度和降雨历时。实验槽2底部通过导管3与地下水位控制装置4的底部密封连通，地下水位控制装置4的高度可以调节，地下水位控制装置4包括顶部开放的集水槽4-1，集水槽4-1底部通过导管3与实验槽2的底部密封连通，集水槽4-1的侧壁设有地下水位控制孔4-1-1，地下水位控制孔4-1-1所在水平高度即为地下水位的高度，通过调节集水槽4-1位置来设定所需地下水位的高度。集水槽4-1通过地下水位控制孔4-1-1密封连通有有效降雨补给收集管4-1-2，有效降雨补给收集管4-1-2下端伸入地下水位控制装置4下方的有效降雨补给收集装置5内，从而测量不同时刻降雨有效累积渗入量。实验槽2侧壁的不同高度处加工有多个探针孔2-1，探针孔2-1在距离实验槽2上端越近的位置分布越密集，探针孔2-1内能密封插入传感器2-1-1的探针，传感器2-1-1连接数据采集箱2-1-3，传感器2-1-1为气相压力传感器和土壤水分传感器，实时测定实验槽2中土壤非饱和带内的气相压力和含水率。遵从上述技术方案，以下给出本技术的具体实施例，需要说明的是本技术并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本技术的保护范围。下面结合实施例对本技术做进一步详细说明。实施例1：如图2至3所示，一种非饱和带水气二相流实验模拟系统，包括降雨装置1，所用的降雨装置1为DIK-6000人工降雨模拟器，人工降雨模拟器包括计量水罐装置1-1和本体框架1-2，计量水罐装置1-1通过供水管1-3密封连通本体框架1-2的顶部的喷头1-4，计量水罐装置1-1内部设有驱动电机，降雨定时器和测速表。本体框架1-2下方放置有顶部开放的实验槽2，实验槽2为圆柱形有机玻璃材质，实验槽底面直径为30cm，高度为150cm，实验槽壁厚大于等于3mm，本体框架1-2的顶部的喷头1-4设于实验槽2的正上方至少30cm处，喷头1-4分布的面积大于实验槽2顶部开口的大小，从而有效模拟人工降雨，并使雨滴能覆盖并落入实验槽2的有效降雨面积内。实验槽2侧壁的不同高度处加工有沿轴向分布的八个探针孔2-1，用于密封插入气相压力传感器的探针，八个探针孔2-1沿实验槽2的中心轴线对称的侧壁上设有另外八个探针孔2-1，用于密封插入土壤水分传感器的探针，探针孔2-1在距离实验槽2上端越近的位置分布越密集，本实施例中，顶部探针孔2-1距实验槽2顶部的距离为5cm，底部探针孔2-1到实验槽2底部的距离为45cm，传感器2-1-1连接数据采集箱2-1-3。实验槽2底部通过导管3与地下水位控制装置4的底部密封连通，优选的，导管3为足够长的软管，从而使地下水位控制装置4的高度可以随意调节，地下水位本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非饱和带水气二相流实验模拟系统，其特征在于，包括降雨装置(1)，降雨装置(1)内部下方放置有顶部开放的实验槽(2)，还包括地下水位控制装置(4)，地下水位控制装置(4)的高度可以调节，地下水位控制装置(4)下方放置有效降雨补给收集装置(5)；所述的实验槽(2)侧壁的不同高度处加工有多个探针孔(2‑1)；所述的地下水位控制装置(4)包括顶部开放的集水槽(4‑1)，集水槽(4‑1)底部通过导管(3)与实验槽(2)的底部密封连通，集水槽(4‑1)的侧壁设有地下水位控制孔(4‑1‑1)，集水槽(4‑1)通过地下水位控制孔(4‑1‑1)密封连通有有效降雨补给收集管(4‑1‑2)，有效降雨补给收集管(4‑1‑2)下端伸入有效降雨补给收集装置(5)内。

【技术特征摘要】
1.一种非饱和带水气二相流实验模拟系统，其特征在于，包括降雨装置(1)，降雨装置(1)内部下方放置有顶部开放的实验槽(2)，还包括地下水位控制装置(4)，地下水位控制装置(4)的高度可以调节，地下水位控制装置(4)下方放置有效降雨补给收集装置(5)；所述的实验槽(2)侧壁的不同高度处加工有多个探针孔(2-1)；所述的地下水位控制装置(4)包括顶部开放的集水槽(4-1)，集水槽(4-1)底部通过导管(3)与实验槽(2)的底部密封连通，集水槽(4-1)的侧壁设有地下水位控制孔(4-1-1)，集水槽(4-1)通过地下水位控制孔(4-1-1)密封连通有有效降雨补给收集管(4-1-2)，有效降雨补给收集管(4-1-2)下端伸入有效降雨补给收集装置(5)内。2.如权利要求1所述的模拟系统，其特征在于，所述的降雨装置(1)为人工降雨模拟器，人工降雨模拟器包括计量水罐装置(1-1)和本体框架(1-2)，计量水罐装置(1-1)通过供水管(1-3)密封连通本体框架(1-2)的顶部的喷头(1-4)，计量水罐装置(1-1)内部设有驱动电机，降雨定时器和测速表。3.如权利要求2所述的模拟系统，其特征在于，所述的喷头(1-4)设...

【专利技术属性】
技术研发人员：李智，王周锋，王文科，李婉歆，李一鸣，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：新型
国别省市：陕西,61