一种能够模拟背景流速的分层流物理模拟试验水槽系统技术方案

一种能够模拟背景流速的分层流物理模拟试验水槽系统，分层水槽内首端设置有上层进水井、下层进水井，位于上层进水井和下层进水井出水侧的首端稳流消波装置，上层进水井和下层进水井连接首端水平分隔板的一端。分层水槽内的尾端设置有上层出水井、下层出水井，位于上层出水井和下层出水井进水侧的尾端稳流消波装置，上层出水井和下层出水井连接尾端水平分隔板的一端。上层进水井通过上层流体循环管路系统与上层出水井相连接，下层进水井通过下层流体循环管路系统与下层出水井相连接。本发明专利技术可用于湖库温度分层、海洋密度分层、两层流体界面内波等物理模拟试验研究，为分层流的物理模拟提供多功能试验平台，更好地满足分层流的研究需求。

A Layered Flow Physical Simulation Test Flume System for Simulating Background Flow Velocity

【技术实现步骤摘要】
一种能够模拟背景流速的分层流物理模拟试验水槽系统
本专利技术涉及一种分层流物理模拟试验水槽系统。特别是涉及一种能够模拟背景流速的分层流物理模拟试验水槽系统。
技术介绍
流体分层是一种常见的自然现象，主要发生在海洋、湖泊、水库及河口等地区，主要因不同深度水体的温度、溶解质含量、泥沙含量等不同造成水体密度差异而形成。分层流对于水利工程建设、生态环境保护、国民生产生活等方面均具有重要影响。温度分层可抑制水体物质交换，造成水环境恶化；湖泊、水库等水源处的水质可直接影响工农业生产与居民生活；水库温度分层导致下泄水温异常将影响下游鱼类的生存繁殖；利用异重流可改善水库淤积情况与下游河道冲刷平衡；河口处海水上溯形成盐水楔将影响两岸城市用水；海洋的温盐分层是海洋物理环境的重要影响因素之一。因此，开展分层流体研究对于工程建设、生态环境、生产生活等方面均具有重要价值。物理模拟方法是研究分层流的重要手段，目前国内外已有多种不同类型的试验水槽用于分层流模拟。例如，我国西安建筑科技大学利用温度分层试验水槽模拟湖库温度分层；上海交通大学利用重力式分层水槽系统模拟海水密度分层环境；中国海洋大学利用密度分层水槽对分层流展开了大量的模拟研究；约翰斯·霍普金斯大学利用密度分层水槽对分层流体内波进行模拟。然而，现有的分层流试验水槽系统往往存在功能单一的局限性，在模拟分层流体的同时无法实现造流功能。实际情况中，流体分层现象往往存在于一定的速度场中，例如，海水的密度分层与潮汐共存，异重流的推移、河口处形成的分层流均具有一定流速，分层流体界面波动也往往是波与流相互作用的结果。因此，为了更准确地进行分层流体的物理模拟试验与研究，急需一种可同时模拟流体分层和背景流速的分层流物理模拟水槽系统。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种在模拟分层流体的同时实现造流功能的能够模拟背景流速的分层流物理模拟试验水槽系统。本专利技术所采用的技术方案是：一种能够模拟背景流速的分层流物理模拟试验水槽系统，包括分层水槽，其特征在于，所述分层水槽内的首端设置有上层进水井、下层进水井，以及位于上层进水井和下层进水井出水侧的首端稳流消波装置，所述的上层进水井和下层进水井连接首端水平分隔板的一端，并通过所述的首端水平分隔板形成上层进水井的出水通道和下层进水井的出水通道，所述首端水平分隔板的另一端水平贯穿首端稳流消波装置的中部位于所述首端稳流消波装置的出水侧，所述分层水槽内的尾端设置有上层出水井、下层出水井，以及位于上层出水井和下层出水井进水侧的尾端稳流消波装置，所述的上层出水井和下层出水井连接尾端水平分隔板的一端，并通过所述的尾端水平分隔板形成上层出水井的进水通道和下层出水井的进水通道，所述尾端水平分隔板的另一端贯穿尾端稳流消波装置位于所述尾端稳流消波装置的入水侧，所述上层进水井通过上层流体循环管路系统与所述上层出水井相连接，所述下层进水井通过下层流体循环管路系统与下层出水井相连接。所述的上层进水井和下层进水井之间通过首端纵向分隔板分割，并且，上层进水井通过位于下部分的首端上层流体横向分隔板形成独立的水井结构，所述下层进水井通过位于上部的首端下层流体横向分隔板形成独立的水井结构，其中，所述首端上层流体横向分隔板的顶端连接所述的首端水平分隔板，形成上出水通道，所述首端下层流体横向分隔板的底端连接所述的首端水平分隔板，形成下出水通道，所述的上层进水井内设置有连接上层流体循环管路系统的出水端口的上层流体进水口，所述的下层进水井内设置有连接下层流体循环管路系统的出水端口的下层流体进水口。所述的上层流体进水口和下层流体进水口为多孔消能结构。所述的上层出水井和下层出水井之间通过尾端纵向分隔板分割，并且，上层出水井通过位于下部分的尾端上层流体横向分隔板形成独立的水井结构，所述下层出水井通过位于上部的尾端下层流体横向分隔板形成独立的水井结构，其中，所述尾端上层流体横向分隔板的顶端连接所述的尾端水平分隔板，形成上进水通道，所述尾端下层流体横向分隔板的底端连接所述的尾端水平分隔板，形成下进水通道，所述的上层出水井内设置有连接上层流体循环管路系统的进水端口的上层流体出水口，所述的下层出水井内设置有连接下层流体循环管路系统的进水端口的下层流体出水口。所述的上层流体出水口和下层流体出水口为多孔消能结构。所述的上层流体循环管路系统和下层流体循环管路系统结构相同，在尾端侧的管路上均由进水侧开始依次设置有：尾端检修阀、尾端节制阀和管道泵，在首端侧的管路上均由进水侧开始依次设置有：流量控制阀、流量计、首端节制阀和首端检修阀，其中，所述管道泵上并联连接有回流调节阀。所述的首端稳流消波装置和尾端稳流消波装置结构相同，均包括有稳流管阵列、位于所述稳流管阵列进水侧的进水海棉层和位于所述稳流管阵列出水侧的出水海棉层。本专利技术的一种能够模拟背景流速的分层流物理模拟试验水槽系统，可制备具有不同上下层流体水深比的温度或盐度分层流体，可模拟上下层流体具有相同平均流速的均匀背景流速、上下层流体具有不同流速的剪切背景流速，在模拟分层流体的同时实现造流功能，模拟具有均匀或剪切背景流速的分层流，可用于湖库温度分层、海洋密度分层、两层流体界面内波等物理模拟试验研究，为分层流的物理模拟提供多功能试验平台，更好地满足分层流的研究需求。附图说明图1是本专利技术一种能够模拟背景流速的分层流物理模拟试验水槽系统的整体结构示意图；图2是图1的正视图；图3是图1的俯视图；图4是图1的仰视图；图5是图2的A-A剖面图；图6是图3的B-B剖面图；图7是实施例所制备的分层流体实景图；图8是实施例所制备分层流体密度剖面图。图中1：分层水槽2：上层进水井3：下层进水井4：首端稳流消波装置4.1：稳流管阵列4.2：进水海棉层4.3：出水海棉层5：上层出水井6：下层出水井7：尾端稳流消波装置7.1稳流管阵列7.2：进水海棉层7.3：出水海棉层8：上层流体循环管路系统8.1：尾端检修阀8.2：尾端节制阀8.3：管道泵8.4：回流调节阀8.5：流量控制阀8.6：流量计8.7：首端节制阀8.8：首端检修阀9：下层流体循环管路系统9.1：尾端检修阀9.2：尾端节制阀9.3：管道泵9.4：回流调节阀9.5：流量控制阀9.6：流量计9.7：首端节制阀9.8：首端检修阀10：首端水平分隔板11：尾端水平分隔板12：首端纵向分隔板13：首端上层流体横向分隔板14：首端下层流体横向分隔板15：上层流体进水口16：下层流体进水口17：尾端纵向分隔板18：尾端上层流体横向分隔板19：尾端下层流体横向分隔板20：上层流体出水口21：下层流体出水口具体实施方式下面结合实施例和附图对本专利技术的一种能够模拟背景流速的分层流物理模拟试验水槽系统做出详细说明。如图1、图2、图3、图5、图6所示，本专利技术的一种能够模拟背景流速的分层流物理模拟试验水槽系统，包括分层水槽1，所述分层水槽1采用钢结构框架，分层水槽壁面为钢化玻璃，分层水槽底部为PVC板，循环管道系统安装于分层水槽底部。所述分层水槽1内的首端设置有上层进水井2、下层进水井3，以及位于上层进水井2和下层进水井3出水侧的首端稳流消波装置4，所述的上层进水井2和下层进水井3连接首端水平分隔板10的一端，并通过所述的首端水平分隔板10形成上层进水本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种能够模拟背景流速的分层流物理模拟试验水槽系统，包括分层水槽(1)，其特征在于，所述分层水槽(1)内的首端设置有上层进水井(2)、下层进水井(3)，以及位于上层进水井(2)和下层进水井(3)出水侧的首端稳流消波装置(4)，所述的上层进水井(2)和下层进水井(3)连接首端水平分隔板(10)的一端，并通过所述的首端水平分隔板(10)形成上层进水井(2)的出水通道和下层进水井(3)的出水通道，所述首端水平分隔板(10)的另一端水平贯穿首端稳流消波装置(4)的中部位于所述首端稳流消波装置(4)的出水侧，所述分层水槽(1)内的尾端设置有上层出水井(5)、下层出水井(6)，以及位于上层出水井(5)和下层出水井(6)进水侧的尾端稳流消波装置(7)，所述的上层出水井(5)和下层出水井(6)连接尾端水平分隔板(11)的一端，并通过所述的尾端水平分隔板(11)形成上层出水井(5)的进水通道和下层出水井(6)的进水通道，所述尾端水平分隔板(11)的另一端贯穿尾端稳流消波装置(7)位于所述尾端稳流消波装置(7)的入水侧，所述上层进水井(2)通过上层流体循环管路系统(8)与所述上层出水井(5)相连接，所述下层进水井(3)通过下层流体循环管路系统(9)与下层出水井(6)相连接。...

【技术特征摘要】
1.一种能够模拟背景流速的分层流物理模拟试验水槽系统，包括分层水槽(1)，其特征在于，所述分层水槽(1)内的首端设置有上层进水井(2)、下层进水井(3)，以及位于上层进水井(2)和下层进水井(3)出水侧的首端稳流消波装置(4)，所述的上层进水井(2)和下层进水井(3)连接首端水平分隔板(10)的一端，并通过所述的首端水平分隔板(10)形成上层进水井(2)的出水通道和下层进水井(3)的出水通道，所述首端水平分隔板(10)的另一端水平贯穿首端稳流消波装置(4)的中部位于所述首端稳流消波装置(4)的出水侧，所述分层水槽(1)内的尾端设置有上层出水井(5)、下层出水井(6)，以及位于上层出水井(5)和下层出水井(6)进水侧的尾端稳流消波装置(7)，所述的上层出水井(5)和下层出水井(6)连接尾端水平分隔板(11)的一端，并通过所述的尾端水平分隔板(11)形成上层出水井(5)的进水通道和下层出水井(6)的进水通道，所述尾端水平分隔板(11)的另一端贯穿尾端稳流消波装置(7)位于所述尾端稳流消波装置(7)的入水侧，所述上层进水井(2)通过上层流体循环管路系统(8)与所述上层出水井(5)相连接，所述下层进水井(3)通过下层流体循环管路系统(9)与下层出水井(6)相连接。2.根据权利要求1所述的一种能够模拟背景流速的分层流物理模拟试验水槽系统，其特征在于，所述的上层进水井(2)和下层进水井(3)之间通过首端纵向分隔板(12)分割，并且，上层进水井(2)通过位于下部分的首端上层流体横向分隔板(13)形成独立的水井结构，所述下层进水井(3)通过位于上部的首端下层流体横向分隔板(14)形成独立的水井结构，其中，所述首端上层流体横向分隔板(13)的顶端连接所述的首端水平分隔板(10)，形成上出水通道，所述首端下层流体横向分隔板(14)的底端连接所述的首端水平分隔板(10)，形成下出水通道，所述的上层进水井(2)内设置有连接上层流体循环管路系统(8)的出水端口的上层流体进水口(15)，所述的下层进水井(3)内设置有连接下层流体循环管路系统(9)的出水端口的下层流体进水口(16)。3.根据权利要求2述的一种能够模拟背景流速...

【专利技术属性】
技术研发人员：颜东谊，练继建，马满仓，姚烨，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12