牵引流循环水槽装置及其实验方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供牵引流循环水槽装置及其实验方法，包括水槽主体，所述水槽主体由两个直边水槽和两个半环形水槽组成跑道型水槽，两个所述直边水槽其中一个外部包覆设置制冷管和加热管，另一个为透明玻璃制成，两个所述半环形水槽处内壁上设有水体参数测量装置，透明玻璃制成的直边水槽上游段设有可控导流板。本发明专利技术使用了两条长直的直线形水槽，使矿物颗粒可以在直槽段中以近似直线的方式运动，从而可以完成环形水槽实验法中难以实现的沉积过程模拟，并在除透明玻璃制成的直边水槽的其他水槽内部安装有高度、方向和风速可调节的强力风机组。组。组。

【技术实现步骤摘要】
牵引流循环水槽装置及其实验方法


[0001]本专利技术涉及水槽模拟试验装置领域，尤其涉及牵引流循环水槽装置及其实验方法。

技术介绍

[0002]从沉积学的角度，自然界中碎屑物质搬运和沉积的流体可以分为两种基本类型，即牵引流和沉积物重力流。牵引流是以一定介质动力(推力或上举力)导致流体运动并带动碎屑颗粒迁移的流体。在沉积学范畴中牵引流最为常见，例如含有少量沉积物的流水(包括河流、海流、波浪流、潮汐流以及等深流等)。重力流则是一种在重力作用下发生流动的弥散有大量沉积物的高密度流体。
[0003]为了研究沉积物的搬运和沉积以及侵蚀过程，水槽模拟是一种被广泛使用的方法。相对于粗粒沉积物，细粒沉积物(粒径小于63微米)沉积过程非常复杂，需要多达32个变量和参数来进行物理化学表征(Berlamont等人，1993)。细粒颗粒沉降速度很小，沉积过程需要运移的距离长，时间久，野外不易观察，在试验室内进行水流细粒沉降试验，完成全部沉降过程需要很长的水槽，循环水槽能满足细颗粒泥沙絮凝沉降所需的距离要求，将距离长度转换为时间长度，故循环水槽实验法是实验室中进行细粒沉积物研究的重要方法。
[0004]使用循环水槽的方法进行细粒沉积物研究，最早开始于1967年，Rees用直线形循环水槽模拟了中位粒径为10微米的石英颗粒的沉积过程；在该实验方法中，水和沉积物沿着直线水槽运动，水介质用管道输送到泵，然后泵回水槽的起点，需要说明的是该泵是离心式的，靠旋转的叶轮提高流体压力并推动流体运动。这个实验方法一直被广泛使用，直到2007年，Schieber使用了新的水槽实验方法，新方法使用了跑道形循环水槽，特别是为了减少离心泵高速旋转对粘土矿物絮凝团产生破坏，流体推动方式改为使用桨推的方式。
[0005]在河口海岸等工程
，也有一种环形水槽实验方法常被用来进行细颗粒泥沙在水流中起动、沉降等规律研究。环形水槽实验方法中使用的水槽由环形槽、剪力环和使环形槽、剪力环运转的驱动部三部分组成，环形槽转动时，由相对运动原理，水槽内便形成与水槽运转方向相反的水流，当剪力环嵌入水槽并和槽内水面接触运转时,受环圈剪切的作用,水槽内便形成与剪力环运转方向相同的水流。
[0006]本专利技术是一种能够在室内模拟自然界中牵引流条件下，矿物颗粒搬运、沉降、沉积、侵蚀过程的实验方法，本专利技术使用的动力方式，不会对粘土矿物的絮凝团产生额外的破坏作用，也不会直接推动矿物颗粒运动，与自然界中的牵引流的流体状态一致，本专利技术使用了两条长直的直线形水槽，使矿物颗粒可以在直槽段中以近似直线的方式运动，从而可以完成环形水槽实验法中难以实现的沉积过程模；本方法能够克服现有技术所存的各类主要缺陷，使用跑道形循环水槽，通过水流的不断循环流动，将自然界中细粒物质被牵引流搬运的“长距离”过程转化为水槽实验中的“长时间”过程，从而实现在实验室内模拟自然界中牵引流对矿物颗粒的搬运、侵蚀等行为。

技术实现思路

[0007]针对现有技术不足，本专利技术提供牵引流循环水槽装置及其实验方法，包括水槽主体，所述水槽主体由两个直边水槽和两个半环形水槽组成跑道型水槽，两个所述直边水槽其中一个外壁包覆设置制冷管和加热管，另一个为透明玻璃制成，两个所述半环形水槽处内壁上设有水体参数测量装置，透明玻璃制成的直边水槽上游段设有可控导流板，在非玻璃水槽区内部安装有高度、方向和风速可调节的强力风机组。
[0008]进一步地，所述水体参数测量装置包括温度计、pH计、ORP计。
[0009]进一步地，使用牵引流循环水槽装置进行沉积模拟实验的方法，步骤如下：
[0010]步骤1：在水槽中加入2～10厘米高的水介质，可以根据实验需求加入定量的蒸馏水、自来水、天然水体中的水，或者按照指定盐度和pH及ORP值配置的溶液。
[0011]步骤2：如果水温比预设值低打开加热管，如果水温比预设值高，打开与冷却管连接的压缩机，将水温调节到设定温度。
[0012]步骤3：依次打开水槽内悬挂的风机，使用调节旋钮调节风机转速，使水槽内成为一定强度的风区，在观察区使用流速仪测量水流速度，要注意在每次调节风速后，因水流速度的滞后性，一般要等待15分钟后再测量流速，然后根据所测流速与设定流速的差别，继续调整风机的转速，最终使观察槽中的水流速度达到设定值。
[0013]步骤4：使用500ml烧杯从观察槽中取200ml液体，加入不超过20克细粒物质，如果需加入的细粒物质量较大，可以使用多个烧杯。
[0014]步骤5：将烧杯内液体和细粒物质充分搅拌，放入超声波震荡仪中在40KHz条件下震荡20分钟，充分破坏无机离子引起的絮凝体，将制备悬浊液缓慢地加入到水槽中，之后在透明观察槽处进行实验观测和采样。
[0015]步骤6：随时观察液体高度，根据水体蒸发速度，随时补充蒸馏水，使液面保持稳定。
[0016]进一步地，使用牵引流循环水槽装置进行侵蚀模拟实验的方法，步骤如下：
[0017]步骤1：在水槽中加入2～10厘米高的水介质，可以根据实验需求加入定量的蒸馏水、自来水、天然水体中的水，或者按照指定盐度和pH及ORP值配置的溶液。
[0018]步骤2：如果水温比预设值低打开加热管，如果水温比预设值高，打开与冷却管连接的压缩机，将水温调节到设定温度。
[0019]步骤3：按实验需求将泥沙等物质依照不同的比例和结构放置在水槽底部。
[0020]步骤4：打开风机，调节到最小风速。
[0021]步骤5：将紧邻透明观察槽下游的风机，轻微增速，在观察槽处观察沉积物的侵蚀状态，待水流速度稳定后，沿水流方向对每个风机依次调大转速，当风机转速调整后，要等到水流速度稳定后再调整下一个风机的转速。
[0022]步骤6：如果需要增加水流速度，重复步骤8，如果沉积层出现改变，在观察槽处观测和取样。
[0023]步骤7：随时观察液体高度，根据水体蒸发速度，随时补充蒸馏水，使液面保持稳定。
[0024]采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
[0025]1)循环水槽实验中使用的动力方式，使用循环水槽进行模拟实验已经超过半个世
纪，其动力方式从各种类型的水泵，到环状平盘，到浆链，都有各种重大缺陷，不能够真正模拟自然界中的牵引流。我们提出的在循环水槽池内悬挂风机组的动力方式，可以实现牵引流的运动状态，多个风机在循环水槽池内形成高速风场，风在水体表面产生剪切力，带动水质点运动，风力只作用于水体，不会直接对水体内部的颗粒产生力的作用，所产生的运动水体是完全符合沉积学定义的牵引流水体。
[0026]2)对循环水槽中的非观察区包覆加热管和连接压缩机的冷却管的方式进行温度控制。现有的室内水槽模拟的温度控制方式一般是加入加热棒，这种方法加热不均匀，而且只能调高温度，不能调低，低水温模拟只能等待气温的降低，限制了模拟实验的开展。我们采用的加热管和连接压缩机的冷却管包覆的方法，可以调节水温更快、更均匀，而且可以调低水温，使我们的模拟方法在任何季节都可以开展。
附图说本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.牵引流循环水槽装置，其特征在于，包括水槽主体，所述水槽主体由两个直边水槽和两个半环形水槽组成跑道型水槽，两个所述直边水槽其中一个外壁包覆设置制冷管和加热管，另一个为透明玻璃制成，两个所述半环形水槽处内壁上设有水体参数测量装置，透明玻璃制成的直边水槽上游段设有可控导流板，并在除透明玻璃制成的直边水槽的其他水槽内部安装有可调节高度、方向和风速的强力风机组。2.根据权利要求1所述的牵引流循环水槽装置，其特征在于，所述水体参数测量装置包括温度计、pH计、ORP计。3.使用牵引流循环水槽装置进行沉积模拟实验的方法，其特征在于，步骤如下：步骤1：在水槽中加入2～10厘米高的水介质，可以根据实验需求加入定量的蒸馏水、自来水、天然水体中的水，或者按照指定盐度和pH及ORP值配置的溶液。步骤2：如果水温比预设值低打开加热管，如果水温比预设值高，打开与冷却管连接的压缩机，将水温调节到设定温度。步骤3：依次打开水槽内悬挂的风机，使用调节旋钮调节风机转速，使水槽内成为一定强度的风区，在观察区使用流速仪测量水流速度，要注意在每次调节风速后，因水流速度的滞后性，一般要等待15分钟后再测量流速，然后根据所测流速与设定流速的差别，继续调整风机的转速，最终使观察槽中的水流速度达到设定值。步骤4：使用500ml烧杯从观察槽中取200ml液体，...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘立安，朱年红，
申请(专利权)人：东北大学秦皇岛分校，
类型：发明
国别省市：