[发明专利]大流量环型实验水槽

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于室内水力学实验的实验水槽，具体涉及用于河道原状植被水力学实验的循环水流实验水槽。

背景技术

随着河流生态修复工程的不断深入，设计人员迫切需求河流生态构建与修复工程的相关技术参数。河流生态修复中生物措施与河道安全行洪、岸坡稳定性、河流生态状况、生态系统恢复力等的关系复杂，如何获取河道蜿蜒形态、糙率、抗冲性、生态适应性等工程设计参数至关重要。

现有用于模拟带植被室内水力学实验装置多采用玻璃水槽，水槽规格相对较小，其流量一般不超过0.2m³/s，有压水槽的流量也多小于0.4m³/s，难以实现河道原状植被水力学实验(要求具有较大的实验断面和相应的大流量)，只能采用缩比尺后的塑料模拟植被，造成实验条件与实际的天然状态存在较大差距，对天然植被条件下的水流与植被相互关系难以获得有效模拟。

发明内容

为克服现有水槽流量小、无法实现含植被水力学实验的缺点，本发明提供一种大流量的环型水槽，通过对水槽的整体结构设计，实现大流量水流的循环流动，从而确保模拟含乔、灌木植被室内水力学实验的准确性。

为实现上述目的，本发明的技术方案包括：

一种大流量环型实验水槽，其包括环型槽1、推流器2、变频器3、导流板4和蜂窝状稳流格栅5；

该环型槽1单向宽为3-4m，深为1-4m，由相互平行的两段直部11和连接两直部的两段弯部12组成，该直部为试验段，长度为10-19m；该弯部为半圆形；

该推流器2设置于至少一个直部与弯部的连接处，其出水口朝向该弯部；该弯部的另一端连接蜂窝状稳流格栅5；

该变频器3与推流器2连接；

该导流板4为垂直于水面且相互平行的数道隔板，设置于两段弯部12中，其具有与该弯部一致的弯曲度；

该蜂窝状稳流格栅5为复数个平行排列的管道，布设于直部与弯部连接处的水槽中，管道的轴向与水流方向一致，其纵向高度不低于水流高度。

如上所述的大流量环型实验水槽，其中，该导流板的高度为1-4m；相邻两个导流板的间距不大于40cm。

如上所述的大流量环型实验水槽，其中，该蜂窝状稳流格栅5的管道长度为100-150cm，管径为60-80mm。

本发明的有益效果在于：

1、该大流量环型实验水槽工作时，固定在一侧水槽底部的推流器启动，叶轮旋转带动水流通过水槽弯部的导流板，进而通过稳流格栅流入水槽的直部形成环流。单向过流断面宽3-4m，水深1-4m，使用总电机功率35～75kw的推流器，流量可达到2-5m³/s，实现了大流量水流的循环流动。

2、推流器的位置设置于水槽弯部一端，运行时推动水流经较短弯部过渡段后，进入直部实验段，该设计实现了耗能少、同等水位情况下获得最大流量。

3、于水槽弯部设置导流板可防止大流量下水流转弯处形成旋涡，水流经导流板后通过蜂窝状稳流格栅保证了水流的层流状态，该两处设计可确保水流保持均匀流形态。

附图说明

图1是本发明的平面结构示意图。

图2是A-A剖面图。

具体实施方式

下面通过实例详细描述本发明。

实施例1

如图1所示，在本发明的一种优选实施方式中，大流量环型实验水槽包括环型槽1、推流器2、变频器3、导流板4和蜂窝状稳流格栅5。环型槽1内部宽3m，深2.7m，由相互平行的两段直部11和连接两直部的两段弯部12组成，该直部为试验段。本实施例中两直部由一隔墙13隔开，直部长度为19m，底部铺设0.5m厚的永定河砂砾质河床回填料15。两弯部均为半圆形。推流器为圆柱型电机外挂叶轮，叶轮直径615mm，为达到流量要求，使用两台推流器总电机功率35～75kw。推流器2设置于其中一段直部与弯部的连接处，叶轮导流罩距槽底部50cm；该弯部的另一端连接蜂窝状稳流格栅5。变频器固定于该处水槽顶部，与推流器连接，频率范围为45.0Hz-50.0Hz，通过调节变频器的频率控制实验水流流速。

如图1和图2所示，在两段弯部12中设置导流板4，其为垂直于水面且相互平行的数道隔板，具有与该弯部一致的弯曲度。导流板的高度为2.2m；相邻两个导流板的间距为40cm。蜂窝状稳流格栅5为复数个平行排列的管道，布设于直部与弯部连接处的水槽中，管道的轴向与水流方向一致，其纵向堆叠高度为2m，管道长度为100cm，管径为60mm。

实施例2含锦带花的河床糙率水槽实验

使用实施例1所述的大流量环型实验水槽进行含锦带花的河床糙率水槽实验，锦带花种植于单侧实验段水槽内，种植间距为40×40cm、20×40cm两种，长度14.40m。实验的具体步骤为：蓄水量淹没过推流器叶轮后，启动变频器，促使固定在一侧水槽底部推流器的叶轮高速旋转，带动水流通过水槽弯部的导流板，进而通过稳流格栅流入水槽的直部形成稳定均匀的环流，其中实验水流流速通过变频器高、低频率开关控制。水槽最大流量达2.25m³/s。在实验观测段内布设3个观测测针14测量水位，通过ADCP测得3个断面的流速，基于测量的水位、流速、水深、水槽宽等数据，利用曼宁公式计算糙率系数。