含沙水流河工模型精细模拟系统技术方案

一种具有水沙循环、含沙水流循环演进、泥沙分选、水沙分离功能并能够进行精确控制的含沙水流河工模型精细模拟系统。它是由搅拌池、匀速加沙装置、电动机、搅拌叶、溢流明渠、进口阀门、电磁流量计、有机玻璃槽、尾水池、抽水软管、水泵、模型沙分选槽和清水池等连接组成。在有机玻璃槽中的进口稳流段设置稳流横柱，在实验观测段设置通气孔等测量装置，在尾门段设置尾坎、尾门和跌水坡段，在尾水池后连接模型沙分选槽和清水池，能够进行含沙水流循环演进实验、恒定水流含沙量条件下的冲淤平衡实验和模型沙分选。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种精细模拟河工及水力条件的实验装置，尤其是能够实现水沙循环、含沙水流循环演进、泥沙分选、水沙分离以及模型系统的精确控制。
技术介绍
目前，公知的含沙水流河工模型是由搅拌池、进口稳流段、实验观测段、尾门段和尾水池等顺次连接组成。按照实验要求将一定比例的水沙放入搅拌池内混合均勻，由水泵将一定流量的含沙水流抽送至进水口，经稳流过渡段，水流平顺进入实验观测段，并通过含沙水流同床面泥沙的相互作用改变河床的形态特征，使用观测设备(测针、测压管等)对各测点的水力学参数进行实验观测和记录，后水流进入尾门段并流入尾水池完成实验。但是， 一般的含沙水流河工模型的搅拌池不能在实验过程中根据水泵抽取清水的流量按比例勻速加沙；一般的含沙水流河工模型使用水泵从搅拌池抽取一定流量的含沙水流进行河工模拟实验，由于水泵自身变频特性的限制，使其难以稳定和连续调节实验流量；一般的含沙水流河工模型的进口稳流段需要较长距离使水流平顺；一般的含沙水流河工模型的实验观测段不具备测量断面瞬时流速的功能；一般的含沙水流河工模型的尾门段不能精确控制尾水位和有效减少尾水池中的泥沙淤积；一般的含沙水流河工模型的水流进入尾水池后不能在实验过程中直接循环使用，搅拌池应满足整个实验的用水需求，故体积大、耗资大；一般的含沙水流河工模型不具备分选模型沙和水沙分离的功能，需要建造沉沙池。
技术实现思路
为了克服现有含沙水流河工模型的搅拌池不能在实验过程中根据水泵流量变化按比例勻速加沙、实验流量不能连续变化、进口稳流段需要较长距离、实验观测段的断面瞬时流速无法测量、实验观测段尾水位无法精确控制、尾水池无法有效减於、实验过程中的水量不能循环使用以及实验系统无模型沙分选和水沙分离功能的不足，本技术提供一种含沙水流河工模型精细模拟系统，该含沙水流河工模型精细模拟系统不仅能实现搅拌池在实验过程中根据水泵流量的变化按比例勻速加沙、实验流量的连续调节、有效缩短进口稳流段的距离、实验观测段瞬时流速的简易测量、实验观测段尾水位的精确控制、尾水池的有效减於和实验过程中水量的循环使用，而且具备独立的模型沙分选和水沙分离功能。本技术解决其技术问题所采用的技术方案是在含沙水流河工模型的搅拌池上部添加漏斗型勻速加沙装置，该装置由加沙箱、加沙漏斗、漏斗阀门和集沙槽组成；将含沙水流河工模型的搅拌池底部高程抬高至有机玻璃槽底部高程，采用明渠溢流装置溢流， 采用进口阀门出流；在含沙水流河工模型的进口稳流段添加稳流横柱，由若干列垂直于过流方向的有机玻璃柱交错布置组成；在含沙水流河工模型的实验观测段底部添加通气孔， 使用橡皮塞堵塞通气孔，并在通气孔下部使用注射器与橡皮塞连接；在含沙水流河工模型的尾门段使用条型尾门，并在尾门后添加跌水坡段；在含沙水流河工模型的搅拌池和尾水池之间添加由水泵连接的可移动抽水软管；在含沙水流河工模型的尾水池后添加环绕模型的模型沙分选槽，并设置清水池与之相连。当加沙箱中的模型沙经由上部的加沙箱漏斗流入下部的加沙漏斗时，在保证上部加沙箱漏斗的模型沙下泄流量始终大于下部加沙漏斗的加沙流量且不受外界扰动的情况下，加沙漏斗上方能够形成圆锥形模型沙稳定堆积体，若加沙漏斗阀门的开启度一定，则模型沙可按一定速率勻速下泄加沙；当实验装置循环运行时，水泵将尾水池或清水池中的水抽送至搅拌池，在水泵抽水流量始终大于进口阀门下泄流量的情况下，搅拌池内水头高度保持恒定，多余水量通过溢流明渠输送至尾水池，进口阀门在恒定的水头和开启度下维持恒定的下泄流量，下泄流量可以在零流量和最大流量之间进行连续调节；当含沙水流由进口阀门下泄至进口稳流段时，交错布置的稳流横柱使得紊动水流趋于平顺，并且避免了折冲水流的产生和含沙水流在此段的淤积，极大地缩短了进口稳流段长度；当水流流经实验观测段时，使用注射器从底部通气孔处通过橡皮塞向床面注射空气，同时在实验观测段一侧设置强光源并对气泡进行连续拍照，由照片上气泡横向位移变化计算气泡所在位置的瞬时流速；当含沙水流流至尾门，通过调节尾水控制门的开启宽度和高度能够精确控制尾水位，而后流经跌水坡段的水流通过水跌获得较大流速并冲击尾水池内尾水，能够有效减少尾水池内的泥沙淤积；当含沙水流通过尾门段流入尾水池后，水泵以略大于实验下泄流量的某适当流量抽取尾水，使用软管输送至搅拌池，在实验过程中实现水量的循环使用，节约了实验用水量、减小了搅拌池体积；当含沙水流由尾水池进入实验装置下部的模型沙分选槽时，模型沙分选槽的水力筛选作用使得含沙水流中的泥沙颗粒按粒径由大到小的次序依次沉积，完成模型沙的分选，随后水流通过滤网隔板进入清水池最终完成水沙分离。本技术的有益效果是能够在完成一般含沙水流河工模型实验的同时，方便地进行勻速加沙、实验流量连续调节、断面瞬时流速简易测量、尾水位精确调节、模型沙分选和水沙分离等精细模拟和精细控制；通过缩短进口稳流段长度和缩小搅拌池容积，有效地减小了模型尺寸，极大地节约了实验水量；同时，整个含沙水流河工模型精细模拟系统通过对模型不同部分的平面布置和高程设计，充分利用了平面和垂向空间，实现了水平方向布置紧凑与垂直方向错落有致的有机结合，使本含沙水流河工模型精细模拟系统具有功能全面、结构简单、易于操作以及体积小和耗资少的特点。以下结合附图和实施例对本技术进一步说明。附图说明图1是本技术的主视结构示意图。图2是图1的A-A剖面结构示意图。图3是本技术的勻速加沙装置细部构造图。图4是本技术的观测段测量断面细部构造图。图5是本技术的尾门细部构造图。图6是本技术的滤网隔板细部构造图。图中1.搅拌池，2.勻速加沙装置，3.电动机，4.搅拌叶，5.溢流明渠，6.进口阀门，7.电磁流量计，8.稳流横柱，9.有机玻璃槽(进口稳流段、实验观测段、尾门段)，10.测针，11.通气孔，12.测压管，13.尾门，14.尾水池，15.抽水软管，16.水泵，17.隔板，18.模型沙分选槽，19.滤网隔板，20.清水池，21.加沙箱，22.加沙箱漏斗，23.加沙漏斗，24.集沙槽，25.橡皮塞，26.注射器，27.尾门固定阀，28.有机玻璃条，29.尾水控制门，30.尾坎， 31.尾门插槽，32.上层滤网，33.下层隔板。具体实施方式一种含沙水流河工模型精细模拟系统，由搅拌池(1)、勻速加沙装置( 、电动机 (3)、搅拌叶G)、溢流明渠(5)、进口阀门(6)、电磁流量计(7)、有机玻璃槽(9)、尾水池、抽水软管(15)、水泵(16)、模型沙分选槽(18)和清水池(14)等连接组成，能够进行含沙水流循环演进实验、恒定水流含沙量条件下的冲淤平衡实验和模型沙分选。含沙水流循环演进实验。系统工作前，先把一定比例的水沙放入搅拌池(1)并调整水位至溢流明渠( ，由电动机C3)带动搅拌叶(4)将池中水沙搅拌均勻。缓慢开启进口阀门(6)，逐渐调整至实验所需流量，其间不断向搅拌池(1)添加清水以保持搅拌池(1)水位恒定。含沙水流由进口阀门(6)进入有机玻璃槽(9)，进口稳流段的稳流横柱(8)使水流趋于平顺，水流在实验观测段与铺设在底部的模型沙床面进行水沙交换后流入尾门段，在尾门(1 处通过调整上部尾水控制门09)的开启宽度和高度控制尾水位，并由尾坎(30) 阻止水流对模本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种含沙水流河工模型精细模拟系统，由搅拌池、进口稳流段、实验观测段、尾门段和尾水池等顺次连接组成，其特征是：在河工模型的搅拌池上部添加漏斗式匀速加沙装置；在河工模型的搅拌池部分，抬高搅拌池的底部高程并采用溢流明渠和进口阀门；在河工模型的进口稳流段添加稳流横柱；在河工模型的实验观测段底部添加通气孔；在河工模型的尾门段使用条型尾门，并在尾门前添加尾坎、在尾门后添加跌水坡段；在河工模型的尾水池和搅拌池之间添加由水泵连接的可移动的抽水软管；在河工模型的下部添加模型沙分选槽和清水池。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：严军，梁标，焦鹏，葛高岭，王其松，
申请(专利权)人：严军，梁标，焦鹏，
类型：实用新型
国别省市：41