一种掺气浓度测量装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种掺气浓度测量装置，包括进流系统、气液分离系统、测流系统和测气系统；进流系统用以隔离被测对象水体与环境中的大气。气液分离系统用以分离被测对象水体的水相和气相，包括气液分离箱、消能栅格、溢流挡板，消能栅格和溢流挡板均固定在气液分离箱内部下方，溢流挡板位于消能栅格下游；气液分离箱上设有入口、出气口和出水口，泄水陡槽与入口连通，测流系统与出水口连通，测气系统与出气口连通。本实用新型专利技术公开的掺气浓度测量装置的测量方法，将掺气水流中水和气相分离，并分别测量不同分离相的体积或流量，准确计算掺气水流的平均掺气浓度，解决掺气水流平均掺气浓度测量的难题。

【技术实现步骤摘要】
一种掺气浓度测量装置
本技术涉及水利水电工程
，具体涉及一种掺气浓度测量装置。
技术介绍
水流掺气现象广泛存在于各种泄水建筑物中：对于高水头、长流程的溢洪道或泄洪洞，高速水流会导致泄槽结构空化空蚀破坏，工程上往往采用掺气措施来减免泄槽空化空蚀；此外，水流表面也有自掺气的发生；竖井管道中水流湍急、紊动剧烈也会挟入空气，携气现象更加复杂。因此，水流掺气一直是多相流体力学研究中的重要课题，水流掺气浓度是研究中非常重要的参数之一，准确测得水流掺气浓度极为关键。关于水流掺气浓度的测量大多是通过模型试验的方法来进行。水流掺气浓度为掺气水流中气体的体积占水气混合体体积的比值，若以Va表示掺气水流中气体的体积，Vw表示掺气水流中水的体积，则掺气浓度C可表示为：但是，在实际测量中，往往不能准确得到气体体积Va和水的体积Vw，使得掺气浓度C的计算具有很大误差。目前，在水力学实验室研究中通常借助掺气浓度仪来测定水流的掺气浓度，通过这种方式可得到水槽中单点水体的掺气浓度。掺气浓度仪主要由传感器、主机和导线组成，通过对水气两相流和清水两种状态下电极间电阻进行测量来换算得到掺气浓度，然而，水体电阻的变化也会受到水温、水质、含沙量等因素影响，因此，这种方法的测量精度不高。
技术实现思路
本技术实施例的目的在于提供一种掺气浓度测量装置及方法，用以解决现有掺气浓度测量方法精准度不高的问题。为实现上述目的，本技术实施例提供一种掺气浓度测量装置，所述掺气浓度测量装置包括进流系统、气液分离系统、测流系统和测气系统；所述进流系统包括泄水陡槽和海绵挡板，所述海绵挡板设置在所述泄水陡槽的上方；所述气液分离系统包括气液分离箱、消能栅格、溢流挡板，所述消能栅格和溢流挡板均固定在所述气液分离箱内部下方，所述溢流挡板位于所述消能栅格下游；所述气液分离箱上设置有入口、出气口和出水口，所述泄水陡槽与所述入口连通，所述测流系统与所述出水口连通，所述测气系统与所述出气口连通。优选地，所述消能栅格设置有多个，所述消能栅格的表面均布若干通孔，所述消能栅格竖向、间隔设置。优选地，所述溢流挡板包括横板与溢流板，所述横板水平固定在所述溢流板迎水面的上部，所述溢流板固定在所述气液分离箱的底面，所述溢流板的上游面为纵横栅格腔室。优选地，所述测流系统包括依次连接的竖井进口、竖井、观察窗口、水平管道，所述竖井进口为漏斗状，所述观察窗口为透明材质；所述测流系统还包括水气分离栅格、流量计和水阀，所述水气分离栅格垂直于竖井轴线、间隔设置在所述竖井内，所述流量计设置在所述水平管道的下游部位，所述水阀设置在所述水平管道的末端，位于所述流量计下游。优选地，所述测气系统包括与所述气液分离系统连通的第一排气管和第二排气管，活动接口、密闭气囊、气阀、调节阀，所述密闭气囊通过所述活动接口与所述第一排气管的管口连接，所述密闭气囊适应气体体积自由伸缩；所述气阀设置在所述第一排气管的管口与所述活动接口之间，所述调节阀设置在所述第二排气管端部。本技术实施例还提供一种掺气浓度测量方法，具体包括以下步骤：向所述泄水陡槽引入水流，调节所述海绵挡板的高度，使其底面与水面接触；水流流入所述气液分离箱，通过所述消能栅格消能，从所述溢流挡板上部溢出，实现气液分离；当水流稳定后，通过所述测流系统测得单位时间内的液体体积，同时，通过所述测气系统测得气体体积，依据掺气浓度的定义计算得出平均掺气浓度。本技术实施例具有如下优点：本技术实施例提供的一种掺气浓度测量装置，包括进流系统、气液分离系统、测流系统和测气系统。其中，进流系统包括泄水陡槽和海绵挡板，在测量过程中可形成液封，减少次生水流的干扰，减少测量误差。气液分离系统包括气液分离箱、消能栅格、溢流挡板，集消能、集气、溢流功能于一体，使得掺气水流中气体液体完全分离，提高测量精度。泄水陡槽与气液分离箱的入口连通，测流系统与气液分离箱的出水口连通，测气系统与气液分离箱出气口连通。测流系统与测气系统分别测量出液相与气相的体积，经过公式计算即可得到掺气浓度，基于该掺气浓度测量装置的测量方法原理简单、操作方便，测量方法直接。附图说明图1为本技术实施例1提供的掺气浓度测量装置的纵截面图。图2为本技术实施例1提供的掺气浓度测量装置的横截面图。。图3为本技术实施例1提供的掺气浓度测量方法的流程图。图4为本技术实施例1提供的掺气浓度测量方法的部分流程图。其中，1-泄水陡槽、2-海绵挡板、3-气液分离箱、4-消能栅格、5-溢流挡板、6-竖井进口、7-竖井、8-观察窗口、9-水平管道、10-水气分离栅格、11-流量计、12-水阀、13-第一排气管、14-活动接口、15-密闭气囊、16-气阀、17-第二排气管、18-调节阀。具体实施方式以下实施例用于说明本技术，但不用来限制本技术的范围。实施例1如图1、图2所示，本实施例提供的掺气浓度测量装置包括进流系统、气液分离系统、测流系统和测气系统。进流系统包括泄水陡槽1和海绵挡板2，海绵挡板2设置在泄水陡槽1的上方，海绵挡板2上下高度可调。在测量过程中，调整海绵挡板2的高度，使其底部与实验水体水面刚好接触，形成液封。通常海绵挡板2前后间隔设置两道：第一道海绵挡板用于拦截进流水体携带的流动气体，第二道海绵挡板可隔断下游气体回溯。气液分离系统包括气液分离箱3、消能栅格4、溢流挡板5，气液分离箱3上设置有入口、出气口和出水口，泄水陡槽1与入口连通，测流系统与出水口连通，测气系统与出气口连通。消能栅格4和溢流挡板5均固定在气液分离箱内部下方，消能栅格4设置有三个，消能栅格4的表面均布若干通孔，通常竖向、间隔设置；溢流挡板5位于消能栅格的下游，溢流挡板5包括横板与溢流板，横板水平固定在溢流板迎水面的上部，溢流板固定在气液分离箱的底面，溢流板的上游面为纵横栅格腔室，溢流板的纵截面为直角梯形状。当掺气水流进入气液分离箱3，经过消能栅格4和溢流挡板5的溢流板充分消能，使水体中气体溢出，气液完全分离，气体集结在气液分离箱3的上部空间区域进入测气系统，液体从溢流挡板5中的横板顶部溢流进测水系统。测流系统包括依次连接的竖井进口6、竖井7、观察窗口8、水平管道9，竖井进口6为漏斗状，观察窗口8为透明材质。在竖井内水平、间隔设置水气分离栅格10，在水平管道的下游部设置流量计11，流量计前水平管道的长度大于10倍管径，在水平管道的末端设置水阀12。测气系统包括第一排气管13、活动接口14、密闭气囊15和气阀16，密闭气囊15通过活动接口14与第一排气管13的管口连接，气阀16设置在第一排气管13的管口与活动接口14之间。为了提高测量精准度，在测量前需要进行稳流操作，因此，在气液分离箱3的上方还设置第二排气管17，在第二排气管17的端部设置有调节阀18。本实施例提供的掺气浓度测量装置的相关尺寸及材质：泄水陡槽1为0.4m*0.3m*0.4m，其底板坡度为60°(通常，底板坡度大于30°)，侧壁为透明材料可观察到水面流态。气液分离箱3采用有机玻璃制作，尺寸为5m*1m*1m。竖井7的管径0.3m、高度为2m。水平管道9的直径为0.3m，长度为4m。第一排气管13和第二排气管17的管径为0.1m、高度为1m。密闭气囊15采用轻质本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种掺气浓度测量装置，其特征在于，所述掺气浓度测量装置包括进流系统、气液分离系统、测流系统和测气系统；所述进流系统包括泄水陡槽和海绵挡板，所述海绵挡板设置在所述泄水陡槽的上方；所述气液分离系统包括气液分离箱、消能栅格、溢流挡板，所述消能栅格和溢流挡板均固定在所述气液分离箱内部下方，所述溢流挡板位于所述消能栅格下游；所述气液分离箱上设置有入口、出气口和出水口，所述泄水陡槽与所述入口连通，所述测流系统与所述出水口连通，所述测气系统与所述出气口连通。

【技术特征摘要】
1.一种掺气浓度测量装置，其特征在于，所述掺气浓度测量装置包括进流系统、气液分离系统、测流系统和测气系统；所述进流系统包括泄水陡槽和海绵挡板，所述海绵挡板设置在所述泄水陡槽的上方；所述气液分离系统包括气液分离箱、消能栅格、溢流挡板，所述消能栅格和溢流挡板均固定在所述气液分离箱内部下方，所述溢流挡板位于所述消能栅格下游；所述气液分离箱上设置有入口、出气口和出水口，所述泄水陡槽与所述入口连通，所述测流系统与所述出水口连通，所述测气系统与所述出气口连通。2.根据权利要求1所述的掺气浓度测量装置，其特征在于，所述消能栅格设置有多个，所述消能栅格的表面均布若干通孔，所述消能栅格竖向、间隔设置。3.根据权利要求1所述的掺气浓度测量装置，其特征在于，所述溢流挡板包括横板与溢流板，所述横板水平固定在所述溢流板迎水面的上部，所述溢流板固定在所述气...

【专利技术属性】
技术研发人员：况曼曼，王冬梅，王芳芳，王才欢，梁文广，王春美，杨印，王轶虹，宋亚君，李霞，钱程，
申请(专利权)人：江苏省水利科学研究院，
类型：新型
国别省市：江苏,32