一种冰水耦合综合仿真平台制造技术

本实用新型专利技术涉及一种冰水耦合综合仿真平台，包括：源水箱和回水箱，源水箱依次与加冰槽段、两到三个带有多个水位传感器的直槽段、倒虹吸管、一个直槽段、U字形槽段、多个直槽段、回水箱可拆卸的连接形成水槽，与回水箱连接的直槽段上设有带有水位传感器的电控尾门；水量供给装置、自动加冰机、电控倒虹吸闸门、电控尾门、各个水位传感器与控制器电连接。本实用新型专利技术的应用大大减少了冰水耦合实验的手工操作，增加了实验的精确度，更重要的是加快了实验的进程和速度，这一点对于应急研究有着特殊的意义，在特殊的环境下可以挽回人民生命财产的损失，甚至挽救生命。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种冰水耦合综合仿真平台，是一种模仿冰和水流动状态的实验装置，是一种集水工、自动控制、机电一体化的实验装置。
技术介绍
封冻季节前后河流和水渠中会产生大量的浮冰，浮冰在河道中运动和堆积使河道变窄，甚至堆积为冰塞，形成冰塞险情。因此，研究冰塞的发生、演变，冰盖下的冰块运动等河冰水力学热点问题十分必要。对于输水渠道中的倒虹吸，浮冰同样会产生种种影响。为预防和消除浮冰对倒虹吸的影响，需要获得冰块在倒虹吸前堆积、倒虹吸前冰盖、冰塞形成等相关机理和水力参数，确定倒虹吸前冰盖平铺上溯发展、倒虹吸前冰塞堆积时各相关水力条件间的关系，对其进行研究，以找到解决的方案。研究上述问题，仅仅依靠在真实河道或水渠中的数据积累和计算机模拟是不够的，需要通过真冰条件下的，按比例缩小的模型·试验，对各种条件变化的模拟，才能获取真正有效的参数。为了研究倒虹吸和弯曲水道的冰期输水能力，需要建立带有倒虹吸和弯槽的模拟水槽，研究弯槽段冰塞堆积演变过程，冰盖形成过程对河床冲刷的影响，冰盖形成过程中的水位变化，以及其它一些河冰水力学热点问题。传统的浮冰实验由于没有专门的实验设施，只能利用一些简单的工具和借用已有的实验渠道，使用人工倒入水流中浮冰的方式进行的。这种方式不但效率低下，而且准确度低。由于各种实验需要反复进行，大量的重复劳动，不但使人疲倦，精度下降，也使实验工作进行缓慢，影响实验进度。特别是进行某个应急实验时，由于在紧急情况下，不能按时得到准确数据，而耽误了最佳处理时间，给人民生命财产造成损失。
技术实现思路
为了克服现有技术的问题，本技术提出了一种冰水耦合综合仿真平台，建立可以灵活组合的实验水槽，所述的实验水槽可以带有弯槽和倒虹吸，以及水闸等各种水工和河道、水渠的模拟设施。使用计算机控制系统对水流、浮冰的流量、流速进行控制，灵活、快速的进行实验条件的各种变换。本技术的目的是这样实现的一种冰水耦合综合仿真平台，包括源水箱和回水箱，所述的源水箱和回水箱之间设有水量供给装置，多个直槽段，还包括U字形槽段、带有自动加冰机的加冰槽段、出口带有电控倒虹吸闸门和倒虹吸出口水位传感器的倒虹吸管；所述的源水箱依次与加冰槽段、两到三个带有多个水位传感器的直槽段、倒虹吸管、一个直槽段、U字形槽段、多个直槽段、回水箱可拆卸的连接形成水槽，与回水箱连接的直槽段上设有带有水位传感器的电控尾门；所述的水量供给装置、自动加冰机、电控倒虹吸闸门、电控尾门、各个水位传感器与控制器电连接。本技术产生的有益效果是本技术采用的具有可调整一定流量的水槽和倒虹吸、自动加冰机，电控尾门等设置，建立一个可以模拟冰块流动的仿真平台。自动加冰机通过控制器的控制和调整，可以精确的记录和控制加冰量，水量和水位通过控制器都可以进行精确的记录和控制，实现了机电一体化的监测和控制。本技术的应用大大减少了冰水耦合实验的手工操作，增加了实验的精确度，更重要的是加快了实验的进程和速度，这一点对于应急研究有着特殊的意义，在特殊的环境下可以挽回人民生命财产的损失，甚至挽救生命。以下结合附图和实施例对本技术作进一步说明。图I是本技术的实施例一所述仿真平台的平面示意图；图2是本技术的实施例一所述仿真平台控制界面示意图； 图3是本技术的实施例三所述的自动加冰机的结构示意图，是图I中A-A剖面图；图4是本技术的实施例五所述的定量输送带结构示意图，是图3中D点的放大图；图5是本技术的实施例六所述的挡冰器的结构示意图，是图3中E-E向视图；图6是本技术的实施例七所述倒虹吸管的结构示意图，是图I中B向视图。具体实施方式实施例一本实施例是一种冰水耦合综合仿真平台，其平面图如图I所示。本实施例包括源水箱9和回水箱1，所述的原水箱和回水箱之间设有水量供给装置10，多个直槽段3、U字形槽段4、带有自动加冰机的加冰槽段8、出口带有电控倒虹吸闸门5和水位传感器的倒虹吸管6 ;所述的源水箱依次与加冰槽段、两到三个带有多个水位传感器7的直槽段、倒虹吸管、一个直槽段、U字形槽段、多个直槽段、回水箱可拆卸连接形成水槽，与回水箱连接的直槽段上设有水位传感器和电控尾门2 ;所述的水量供给装置、自动加冰机、电控倒虹吸闸门、电控尾门、各个水位传感器与控制器电连接。本实施例所述的源水箱采用组装式设计，可以使用玻璃钢板或金属板通过螺栓连接，其拆卸方便、组装迅速。箱中布置花墙等稳水装置，防止水位的大幅波动，同时考虑到水泵引起的水流紊动，因此建议水槽进口水箱的尺寸为3m*2m*2m(长*宽*高)。在水槽进口水箱底部设置排水管，用于实验完成后排空水槽中的积水。本实施例所述的回水箱主要用于存放水槽循环所需水量，回水槽采用组装式设计，螺栓连接，其拆卸方便、组装迅速。为了防止回水箱中的水位过高和过低，在回水箱上设置排水阀，当回水箱中的水位过高时，通过排水阀排出多于水量；当回水箱中水量不足时，可用水泵从外水源补水。所述的水量供给装置，连接在源水箱和回水箱之间，通过管路和水泵将回水箱中的水抽到源水箱中，抬高源水箱中的水位，使水流通过重力自然流经水槽回到回水箱。管路中设置流量计，通过流量计对流经管路中水流的流量进行检监测，控制器调整水泵的转速，可以对流量精确控制。可以使用一台大型的变频水泵，精确控制流量。但大型变频水泵和大功率的变频器价格昂贵。为此，本实施例可以采取一种经济的供水方式。在试验中水量调节的范围不大，因此，可以采取两台泵的方案，一台定速泵，一台变频泵，定速泵提供大部分水量，变频泵在一定范围内调整水量。定速泵价格便宜，而与之配合的变频泵的功率可以大大减小，整体费用也降低许多。本实施例所述水槽为方便回水和进行弯渠的实验研究，总体为U型布置，总长约50m(其中水槽长约41m)。水槽截面形状为矩形，净宽O. 8m，净深O. Sm。各个槽段采用型钢框架，各槽段之间用法兰连接。水槽底板采用玻璃钢材料，侧壁采用中空玻璃。为方便拆卸和运输，一个直槽段长2m。所述的加冰槽段就是一个直槽段旁边设置了一台自动加冰机。所述的加冰机是本实施例的关键设备。自动加冰机有多种选择，可以是料斗在低处，通过输送带将料斗中的冰块输送到水槽中，调节输送带的输送速度控制冰块进入水槽的量；也可以使用提升机将冰块提升到水槽上方，通过料斗闸门的开闭控制冰块进入水槽的量。自动加冰机在实验过程中向水槽里加入薄片状的冰块，冰块的大小为长、宽20-33毫米，厚2-4毫米。 本实施例的另一个关键在于倒虹吸管。与上方向大气敞开的其他槽段不同的是倒虹吸管是封闭的管子，水流在倒虹吸管中的流动是有压流动。倒虹吸管的截面形状可以是圆形截面的管子，也可以是与直槽段相同截面宽度的矩形，槽的上部有顶板密封，底板至顶板之间的距离(相当于其他槽段的槽深)约为其他槽段深度的四分之一。倒虹吸管包括三个管段下水管、水平管和上水管，上水管和下水管是两端倾斜的管，其倾斜与水平面之间的夹角从10度至90度，根据实验的要求而定。由于本实施例所述的水槽是可以拆卸式，因此，倒虹吸管可以拆卸下来，连接上其他种类的槽段，进行其他类型的研究。例如将倒虹吸管改变为渡槽，研究渡槽的冰水动力学特性。倒虹吸改变成直槽，利用U形弯槽，研究弯道冰水相互作用。倒虹吸变成直槽，沿水槽增设多个闸门，研究本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种冰水耦合综合仿真平台，包括：源水箱和回水箱，所述的源水箱和回水箱之间设有水量供给装置，多个直槽段，其特征在于，还包括：U字形槽段、带有自动加冰机的加冰槽段、出口带有电控倒虹吸闸门和倒虹吸出口水位传感器的倒虹吸管；所述的源水箱依次与加冰槽段、两到三个带有多个水位传感器的直槽段、倒虹吸管、一个直槽段、U字形槽段、多个直槽段、回水箱可拆卸的连接形成水槽，与回水箱连接的直槽段上设有带有水位传感器的电控尾门；所述的水量供给装置、自动加冰机、电控倒虹吸闸门、电控尾门、各个水位传感器与控制器电连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨开林，付辉，郭新蕾，谭水位，李福田，郭永鑫，王涛，王鹏，谢省宗，董兴林，王大龙，
申请(专利权)人：中国水利水电科学研究院，
类型：实用新型
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