本发明专利技术公开了一种模拟颗粒悬浮液羽流排放的实验装置，涉及流体力学实验装置领域，包括储水箱、搅拌装置、管路系统、标定池、拖车系统、试验水池、控制系统以及测量装置，其中，搅拌装置用于搅拌形成颗粒悬浮液；管路系统将颗粒悬浮液输入到标定池或试验水池；标定池用于测量颗粒悬浮液的浓度；颗粒悬浮液在试验水池中扩散形成羽流；拖车系统按照实验要求控制运动；控制系统控制管路系统的流量、浓度以及拖车系统运动，并测量、显示和记录试验结果。本发明专利技术能够准确控制喷射羽流的浓度、速度、流量，实现颗粒物沉积的方便回收与测量，悬浮液均匀稳定，试验装置集成于框架单元内，集成度高，方便移动和运输，可根据不同试验水池条件灵活开展试验。试验。试验。
【技术实现步骤摘要】
一种模拟颗粒悬浮液羽流排放的实验装置
[0001]本专利技术涉及流体力学实验装置领域，尤其涉及一种模拟颗粒悬浮液羽流排放的实验装置。
技术介绍
[0002]目前，为模拟实际工程问题中的例如深海采矿羽流、污水排放等的悬浮液羽流在水中扩散的问题，主要有水槽试验、数值模拟以及现场试验方法。水槽试验通过将实际工程中的排放问题按比例缩小到水槽模型中从而进行研究。这是一种成本适中，结果较为可靠的方法。
[0003]实际工程应用中排放口不一定处于静止流体环境中，而是处于运动的横流之中。有些方案采用水槽和造流装置的组合来模拟运动流场，但此类装置复杂体积较大，制造成本高昂，且试验过程较为繁琐。一种模拟运动流场中羽流的方式为拖曳羽流，即：流场为静止状态，羽流排放源以一定速度移动。这种形式的羽流与静止羽流排放源在相应速度的运动流场中的羽流运动情况基本一致。
[0004]现有的相近似的试验装置中功能较为齐全的主要有以下三种：
[0005]技术1：
[0006]如图1所示，该装置主要包括搅拌箱101、管路及喷头、玻璃水箱102及采样设备，用于模拟静止流场中喷射羽流的演化情况。
[0007]在搅拌箱101中，通过搅拌泵使颗粒与流体混合均匀，之后泵将混合悬浮液通过管道喷射至玻璃水箱102中；喷口安装流量计以监测流量；水箱底部设置一平台103，喷射出的颗粒物沉积在平台103上，平台103连接取样管104连通至水箱外，用于取样测量浊度。
[0008]该装置存在以下缺点：只能进行静止流场中喷射羽流的模拟实验研究；取样装置等安装成本较大；喷射羽流的浓度不便确定；完成单次试验后沉积在平台103上的颗粒物难以清理。
[0009]技术2：
[0010]如图2所示，该装置主要包括储水桶201、混合漏斗202、试验水槽及拖曳装置203，采用拖曳源的方式模拟羽流在运动流体中的演化。
[0011]储水桶201用于存放用于实验的环境流体；混合漏斗202上方的两个物料仓中分别存放颗粒和流体。实验开始后，待拖车进入匀速运动状态，两个物料仓同时开始释放颗粒及流体，在混合漏斗202中混合并排放至水槽中。
[0012]该装置存在以下缺点：该混合方式不能保证混合悬浮液均匀稳定；无法控制喷射羽流的流量/流速，且限制较大；完成单次试验后沉积在平台上的颗粒物难以清理。
[0013]技术3：
[0014]如图3所示，该装置主要包括悬浮液给料、试验水池、摄像设备。
[0015]悬浮液发生方式为一定流量的水和颗粒仓301中的颗粒直接混合一并排入水池中；水池中间设有抽吸管302由蠕动泵抽出用于测定浊度；水池边设有激光发生器303和高
速摄像机304用于记录实验现象；底部设置网格托盘收集颗粒物。
[0016]该装置存在以下缺点：只能进行静止流场中喷射羽流的模拟实验研究；只能进行水平喷射的羽流实验；喷射羽流的浓度不便确定。
[0017]因此，本领域的技术人员致力于开发一种模拟颗粒悬浮液羽流排放的实验装置，能够准确控制喷射羽流的浓度、速度、流量，能够实现颗粒物沉积的方便回收与测量，能够使颗粒悬浮液混合均匀稳定。
技术实现思路
[0018]有鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是现有试验装置不能准确控制喷射羽流的浓度、速度、流量，单次试验完成后池底颗粒沉积物回收不便，无法进行运动流场或水平喷射条件下的研究，颗粒悬浮液混合不均匀稳定。
[0019]为实现上述目的，本专利技术提供了一种模拟颗粒悬浮液羽流排放的实验装置，包括储水箱、搅拌装置、管路系统、标定池、拖车系统、试验水池、控制系统以及测量装置，其中，所述储水箱用于存放试验用的清水；所述搅拌装置用于搅拌形成颗粒悬浮液；所述搅拌装置通过所述管路系统将颗粒悬浮液输入到所述标定池；所述标定池确定颗粒悬浮液的浓度；颗粒悬浮液在所述试验水池中形成羽流，并可使用高速摄像机、三维粒子测速仪(PIV)测量颗粒悬浮液的流场；所述拖车系统照实验要求控制运动；所述控制系统在拖车系统运动过程中进行试验数据测量与采集；所述测量装置包括流量计、浊度计；所述流量计用于测量所述管路系统中的流量；所述浊度计用于测量所述标定池或所述试验水池中的悬浮液浓度。
[0020]进一步地，所述搅拌装置包括搅拌桶、搅拌器，所述搅拌桶为圆柱形，材质为透明亚克力或玻璃；所述搅拌器为双叶轮式搅拌机，两个叶轮分别在所述搅拌桶靠近底部和中部的位置，并可根据实验要求调整高度位置；所述搅拌器可通过所述控制系统控制电机实现调速；所述搅拌桶设置搅拌桶排水口。
[0021]进一步地，所述搅拌桶中置入两路管道，一路用于注入储水箱的清水，另一路通过漏斗添加颗粒物。
[0022]进一步地，所述标定池材质为透明亚克力或玻璃；所述标定池的入水口设置滤网箱，便于回收颗粒物；所述标定池侧面设刻度标尺，方便读出所述标定池内混合物的体积；所述标定池设置标定池排水口。
[0023]进一步地，所述管路系统包括硬管段、软管段、输送泵；所述管路系统的末端设置转换头，用于调节出口处的管径、流速、浓度；所述管路系统的入口、出口附近安装至少2个流量计用于监测流量。
[0024]进一步地，所述输送泵可通过控制系统实现无级调速，控制所述管路系统中的颗粒悬浮液流量；颗粒悬浮液经流量计和带阀门三通管头后，通过三通阀门控制颗粒悬浮液流向所述标定池或所述试验水池。
[0025]进一步地，所述试验水池的四周及底部均为无色透明亚克力或玻璃材质；所述试验水池底部安装颗粒物收集栅格单元，用于回收并测量各处的颗粒物沉积量；所述试验水池上安装可移动支架，用于安装固定浊度仪、声学多普勒流速仪；所述试验水池周围及底部可用于布置测量设备；所述试验水池设置试验水池排水口。
[0026]进一步地，所述试验水池上方两侧设置拖曳导轨、滑台、支架，形成所述拖车系统；所述支架设置夹持装置可固定管路末端，并可调节管路角度；所述拖车系统可通过所述控制系统控制拖曳电机转速，带动拖曳支架、滑台和管路末端沿拖曳导轨移动。
[0027]进一步地，所述控制系统控制所述输送泵、所述搅拌器、所述拖车系统的开关和速度，显示、记录和传输流量计、所述试验水池中其它试验设备的的数据；所述控制系统通过接受流量计反馈信息自动调整泵的功率，从而实现闭环控制，保持流量的稳定。
[0028]一种模拟颗粒悬浮液羽流排放的实验装置的试验方法，所述方法包括以下步骤：
[0029]步骤1、通过控制系统开启储水箱中的泵，往搅拌桶中注入水；
[0030]步骤2、开启搅拌装置；
[0031]步骤3、开启颗粒漏斗阀门，往搅拌桶中加入颗粒，随后关闭颗粒漏斗阀门；
[0032]步骤4、搅拌均匀后打开搅拌桶阀门，打开第一三通阀门，关闭第二三通阀门关，通过输送泵将颗粒悬浮液输入标定池中，持续一段时间后关闭第一三通阀门；
[0033]步骤5、取出滤网箱的颗粒，烘干称重，标定浓度；
[0034]步骤6、标定浓度后打开本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种模拟颗粒悬浮液羽流排放的实验装置，其特征在于，包括储水箱、搅拌装置、管路系统、标定池、拖车系统、试验水池、控制系统以及测量装置，其中，所述储水箱用于存放试验用的清水；所述搅拌装置用于搅拌形成颗粒悬浮液；所述管路系统将所述搅拌装置生成的颗粒悬浮液输入到所述标定池或所述试验水池；所述标定池用于测量颗粒悬浮液的浓度；颗粒悬浮液在所述试验水池中扩散形成羽流，并可使用高速摄像机、三维粒子测速场仪(PIV)测量颗粒悬浮液的流场；所述拖车系统照实验要求控制运动；所述控制系统在试验中控制所述管路系统的流量、浓度以及所述拖车系统运动，并测量、显示和记录试验结果；所述测量装置包括流量计、浊度计；所述流量计用于测量所述管路系统中的流量；所述浊度计用于测量所述标定池或所述试验水池中的悬浮液浓度。2.如权利要求1所述的模拟颗粒悬浮液羽流排放的实验装置，其特征在于，所述搅拌装置包括搅拌桶、搅拌器，所述搅拌桶为圆柱形，材质为透明亚克力或玻璃；所述搅拌器为双叶轮式搅拌机，两个叶轮分别在所述搅拌桶靠近底部和中部的位置，并可根据试验需求调整高度位置；所述搅拌器可通过所述控制系统控制电机实现调速；所述搅拌桶设置搅拌桶排水口。3.如权利要求2所述的模拟颗粒悬浮液羽流排放的实验装置，其特征在于，所述搅拌桶中置入两路管道，一路用于注入清水，另一路通过漏斗添加颗粒物。4.如权利要求3所述的模拟颗粒悬浮液羽流排放的实验装置，其特征在于，所述标定池材质为透明亚克力或玻璃；所述标定池的入水口设置滤网箱，便于回收颗粒物；所述标定池侧面设刻度标尺，方便读出所述标定池内混合物体积；所述标定池设置标定池排水口。5.如权利要求4所述的模拟颗粒悬浮液羽流排放的实验装置，其特征在于，所述管路系统包括硬管段、软管段、输送泵；所述管路系统的末端设置转换头，用于调节出口处的管径、流速、浓度；所述管路系统的入口、出口附近安装至少2个流量计。6.如权利要求5所述的模拟颗粒悬浮液羽流排放的实验装置，其特征在于，所述输送泵可通过所述控制系统无级调速，控制所述管路系统中的颗粒悬浮液流量；颗粒悬浮液经流量计和带阀门三通管头后，通过三通阀门控制颗粒悬浮液流向所述标定池...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘磊，江晨琦，张显涛，田新亮，刘港慧，李欣，王晋轲，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：
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