[实用新型]利用环形水槽模拟天然河道水流特性的装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及水利工程及环境科学领域，尤其涉及一种利用环形水槽模拟天然河道水流特性的装置。

背景技术

室内水槽装置常被应用于研究泥沙运动特性及影响泥沙运动的水流特性的机理，也是开展外部动力扰动作用下底泥污染物释放的发生过程与机理研究的重要设备。水槽按形状主要包括直水槽、环形水槽、折返式直水槽。其中环形水槽具有占地小、成本低的特点，并且不需要设置贮水箱和回流装置，无入流口和流出口的影响。当水流在环形水槽内稳定流动时，环形水槽相当于各断面水流状态相同的无限长的直水槽。因此环形水槽装置在模拟天然水体流动特性时与实际情况更为接近，在研究泥沙动力特性、水质、水环境相关机理中有着广泛的应用。

环形水槽模拟水体流动的机理是：水槽转动时，由于相对运动原理，水槽内形成与水槽运动方向相反的水流。由于环形水槽中的水流为弯曲水流，同天然河道的弯道水流一样存在横向次流，能否消弱由离心力产生的横向次流的影响是评价环形水槽设备性能的关键指标。目前国内外已有的水槽装置一般都通过产生新的力来平衡离心力，从而消弱横向次流。如1986年，天津水运工程科学研究所自制了一套环形水槽系统。2012年，河海大学申请了公开号为CN102721524A，名称为“一种双向环形水槽系统及其测试方法”的实用新型专利。2013年，同济大学申请了公开号为CN 103207060 A，名称为“一种可用于模拟天然河道水流特性的环形水槽装置”的实用新型专利，上海河口海岸科学研究中心申请了公开号为CN 103592101 A，名称为“一种桁架式全自动测量及控制环形水槽的试验装置”的实用新型专利。上述水槽装置的基本结构是一致的，均包括环形水槽、剪切环和驱动三个主要部分。它们消除横向次流的原理方法也是相同的，即将剪力环与水槽内水体表面相切，由驱动系统控制同轴安放的剪切环和水槽反向同时转动。剪力环对水体产生剪切作用，水流产生向心力，通过控制合理的转速比，使槽内的离心流和向心流相互消弱，横向力达到相对平衡状态。

但上述方法存在一定的缺陷：以上水槽装置一般需要三套驱动装置分别控制水槽转动、剪力环转动和剪力环的升降，因此控制系统异常复杂；同时，水槽转动容易产生位移和振动，使得水流运动的不确定性增加；此外，水槽外壁空间相对狭小，对不同深度采样孔的布设有一定的局限性。

实用新型内容

本实用新型目的是提供一种利用环形水槽模拟天然河道水流特性的装置，能够在不影响水流流速分布的前提下，满足不同水动力条件下泥沙运动特性及底泥污染物释放机理的研究要求。

本实用新型解决技术问题采用如下技术方案：一种利用环形水槽模拟天然河道水流特性的装置，包括底座、环形水槽主体和旋转动力装置，所述环形水槽主体安装在底座上，所述环形水槽主体上设置有环形水槽，所述旋转动力装置能够使环形水槽内的水体形成环形水流，所述环形水槽包括至少一段直槽段。

可选的，所述环形水槽具有两段相互平行的直槽段和两段相互对称的圆弧段，所述圆弧段与直槽段相切，使所述环形水槽的形状为跑道形。

可选的，所述环形水槽主体包括水槽外壁、水槽内壁、水槽底板和支撑板，所述水槽外壁和水槽内壁均固定安装在水槽底板上，所述水槽外壁、水槽内壁和水槽底板围成所述环形水槽，所述水槽外壁的外侧和水槽内壁的内侧均设置有若干支撑板，所述支撑板呈直角三角形，支撑板的一个直角边与水槽底板固定连接，支撑板的另一个直角边与水槽外壁或水槽内壁固定连接，所述水槽外壁和水槽内壁通过加固箍进行加固。

可选的，所述水槽外壁的一个直段上开设有三排第一采样口组，每排第一采样口组均包括自上而下垂向等间距布置9个第一采样口，每排第一采样口组的相邻的两个第一采样口之间的间距为50毫米，所述水槽外壁的另一个直段上开设有一排第二采样口组，所述第二采样口组包括自上而下沿斜向布置19个第二采样口，相邻的两个所述第二采样口垂向间隔为25mm、水平间隔为100mm，每个所述第一采样口和第二采样口上均安装有阀门。

可选的，本实用新型还包括升降动力装置，所述升降动力装置安装在底座上，所述旋转动力装置安装在升降动力装置上，所述升降动力装置能够使旋转动力装置上升或下降。