[发明专利]一种立面变角度二维污染扩散实验装置

说明书

技术领域：

本发明属于环境科学领域中的设备制造技术，涉及一种立面变角度二维污染扩散实验装置，应用于水域岸边的立面场合研究和实验污染横向竖向扩散参数的分析和处理。

技术背景：

环境水力学是一门新兴学科，其研究内容尚在探索与发展中。目前，对横向与垂向扩散系数不相等的角形域内污染物扩散问题的研究尚未见有多少报道，而对水域倾斜岸坡污染物扩散实验研究又是环境水力学发展过程中急需解决的关键技术问题，对倾斜岸坡角形域顶点排污问题进行系统的研究又必须要有一套较为完善的实验装置。现有的大多数研究污染物扩散的试验设备或模型，其涉及的水深相对较小，在很短的距离内污染物浓度的垂向分布就达到了均匀混和。这对于扩散问题在某些情况下，其实验模型难于达到与实际原型相符；在现实中，对污染物在深水水库及河流中的水平扩散研究较多，而对于其立面扩散的研究却相对较少，其成型的有效实验设备装置更是未见有市售或公开使用，即使偶见有在室内实验中使用，其底坡一般不会发生变化，这对于底坡变化的河、库研究提出了挑战。此外激光诱导荧光技术用于污染物浓度场测量虽然具有精度高、能进行非恒定浓度场的实时测量以及三维浓度场测量等优点，但其对实验条件要求较高，在实际应用中受到很大限制。归结起来，现有的水域立面场合的变角度污染物扩散实验技术中所使用的设备装置普遍存在着结构简单，功能单一，使用效果差，收取参数难度大，精度小，不易解决科学发展中的前沿技术问题。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计制备一种应用于水域立面场合的变角度条件下污染物扩散实验设备装置，本装置可以解决现有的常规实验装置中污染物横向与垂向扩散系数相等的难题，为研究横向和垂向扩散系数不相等的角形域内污染物扩散问题提供较为精确科学与使用安全可靠的实验装置。

为了实现上述目的，本发明的主体结构由立面变角度水槽及加药单元、屏幕振荡格栅单元、电机及机械传动单元和图像采集与处理单元组合而成，包括加药箱、斜板、水槽外立面、基础结构、海绵吸附装置、进水阀门、放水阀门、螺丝、插板、槽钢框架、钢筋支架、加固角钢、格栅、钢筋、螺丝、封闭结构、电机、偏心轮、连杆、支架、滑轨、滑块、联轴器、右立面、后立面、左立面、螺丝、螺丝、底座面、底面螺丝、螺丝、均质灯箱、摄像机和立面变角度水槽；在立面变角度水槽及加药单元中，盒式结构的立面变角度水槽上部开口，其它各立面及底面均用有机玻璃板加工制成，底面及左、右、后各立面之间交合处分别用防水强力胶粘接，水槽外立面为自由拆装式结构，以便更换实验装置内相关设备及调整斜板的倾斜角度；水槽外立面上部设置有进水阀门，进水阀门与外围的供水箱用软管连通；立面变角度水槽底部右下角安装有放水阀门，以便装置内废水排出；为防止水压过大而使前立面产生弯曲，导致渗漏，水槽外立面安装后再用槽钢框架及螺丝进行紧固，水槽外立面与其他立面的交合处用防水胶皮密封；各立面交合处用角钢进行加固，角钢与角钢之间进行焊接处理；斜板将立面变角度水槽分隔为上、下两部分，斜板的下部设有固定斜板的装置，不同角度的实验，斜板可放置于不同的位置上，斜板的材料为有机玻璃板；立面变角度水槽的右立面内部设置有海绵吸附装置，其吸附大量药剂后可随时取出进行更换；在立面变角度水槽的后立面的有机玻璃板上精确刻划有5cm×5cm正方形网格坐标；加药箱固定在立面变角度水槽的左立面的左上角，制作材料为有机玻璃板；加药箱由钢筋支架支撑，钢筋支架用螺丝固定于立面变角度水槽的左立面上；加药箱与立面变角度水槽之间用插板隔开，加药箱内的药剂不与立面变角度水槽内的水相互掺混；螺丝将立面变角度水槽固定于墙体面上以防立面变角度水槽摇摆；立面变角度水槽底面用螺丝固定于基础结构之上；紧固螺丝均采用不锈钢螺丝，所有钢构件均涂刷防锈油漆；在屏幕振荡格栅单元中，格栅为不锈钢网式结构，格栅的边缘处设置有封闭结构，格栅上部用螺丝与钢筋进行连接，格栅固定于立面变角度水槽中间位置且在水平运动过程中保持与水平面垂直；更换角度振荡格栅的步骤如下：先打开放水阀门放空立面变角度水槽内实验用水，然后取下槽钢框架及前立面，将斜板水平抽出后拧开格栅与钢筋之间的螺丝，振动格栅与装置分离；取出此角度下的格栅放入下一实验所需类型格栅后拧紧螺丝，插进配套斜板，合上水槽外立面及槽钢框架并用螺丝拧紧，每次更换振动格栅时对实验装置进行整体检修；在电机及机械传动单元中，电机及传动装置是整套设备的动力来源，电机的转速可调，选取与电机配套的联轴器和偏心轮，滑轨及滑块均为自行制造的通用结构；偏心轮在运动过程中始终保证格栅作水平匀速运动，滑块下部连接钢筋后再与振动格栅相连，滑块与滑轨之间涂抹润滑油以减少阻力；传动装置安装步骤如下：先在支架上固定电机，将电机与外部供电电路相连，接出电线再与外围地面控电柜内控制开关相连；电机轴承与联轴器相固连，联轴器再与偏心轮相连，偏心轮上安装连杆，连杆下部安装滑块，滑块下部用螺丝与连接格栅的钢筋相连；滑轨水平安装在立面变角度水槽顶面中轴线处；在图像采集与处理单元中，背景灯光为普通均质灯箱，用数字摄像机进行图象抓拍，然后将图像输入电脑进行处理，最终将浓度以浓度线图的形式在显示器上输出，图像处理软件为自行研发。