[发明专利]一种模拟水轮机流道涡流对过机鱼体影响的实验装置及方法

说明书

本发明公开了一种模拟水轮机流道涡流对过机鱼体影响的实验装置及方法，包括实验鱼体供氧装置、实验鱼体反应区、模拟流道涡流生成装置、实验记录装置和实验循环用水装置。实验鱼体供氧装置包括氧气罐、通气阀和氧气管路；实验鱼体反应区包括顶部开两个小孔的密封水箱和真空压力表；所述模拟流道涡流生成装置包括滚筒或波轮、电磁继电开关系统和网格海绵；实验记录装置包括高速摄像机和放大显示屏；实验用水循环处理装置包括吸水管路和压水管路、水泵和水体过滤装置。本发明旨在采用一种经济环保、简单易行和效果明显的方法，得到理想的水轮机流道涡流对过机鱼体影响的模拟效果，为进一步构造“亲鱼型”水轮机提供数据支撑。

技术领域

本发明涉及一种模拟水轮机流道涡流对过机鱼体影响的实验装置及其实验方法。

背景技术

水轮机是将水流能量转化为转轮旋转机械能的一种水力原动机，它主要利用水流的动能和势能做功，是水电站的主要动力设备，用来带动发电机工作以获取电能，但水轮机在运行过程中对鱼类可能造成一定的损伤。洄游性鱼类在穿过水轮机时将遭受严重的伤害，非洄游性鱼类也可能由于水轮机的运行被吸入水轮机流道而受到伤害。对普通的水轮机，鱼类通过水轮机的死亡率超过30%。

根据1995年美国陆军工程师团（USACE）水轮机流道鱼类存活率研究小组分析，鱼类通过水轮机流道下行时可能受到伤害的机理有机械、压力、剪切力和空蚀等四种。其中机械原因是指鱼类通过水轮机流道时与流道内水轮机元件或水流中的物件相撞击摩擦而损伤：压力原因是这鱼类在通过水轮机流道内进行能量转换的地方，会出现压力突然改变的情况而受到伤害；剪切力原因是指水轮机流道中靠近固体边界附近出现较大的剪切应力而伤害鱼类；空蚀原因是指水轮机流道内发生的空蚀现象，气泡在形成到溃灭的过程中，其附近将产生高压冲击波或者高速微射流，进而对鱼类造成损伤。

在上面提到的四类原因中，剪切应力还与流场中的涡流强度有关，如在转桨式水轮机导叶端面、叶片与转轮的间隙处，由于漏水造成的水流分离而引起的涡流产生较强的剪切应力。尾水管中的涡流也将产生较强的剪切力。此外，涡流还能使鱼类迷失方向，使其更易被其他鱼类和鸟类所捕食。

为了进一步构建“亲鱼型”水轮机，有必要发现各种机理对鱼类的损伤，从而改造水轮机结构，通常采用的是人工模拟实验。本发明旨在采用一种经济环保、简单易行和效果明显的方法，用一种实验装置模拟水轮机流道涡流对过机鱼体影响，尽可能得到理想的模拟效果。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种模拟水轮机流道涡流对过机鱼体影响的实验装置及方法，进而得到鱼体在不同速度、不同方向和不同大小涡流下的不同反应的数据资料，为进一步改善水轮机的结构提供支持。

为了解决上述技术问题，本发明提出以下技术方案：一种模拟水轮机流道涡流对过机鱼体影响的实验装置，它包括用于给实验鱼体提供氧气的实验鱼体供氧装置，用于给实验鱼体进行反应空间的实验鱼体反应区，所述实验鱼体反应区与模拟流道涡流生成装置相连，还包括用于对实验过程进行记录的实验记录装置和用于实验水体循环回流的实验循环用水装置。

所述实验鱼体供氧装置包括氧气罐，所述氧气罐通过氧气管路直接向实验鱼体反应区供氧，所述氧气罐上设置有数字显示操作台，通过数字显示操作台控制氧气罐输出的氧气量；所述氧气管路在靠近氧气罐的一端设置有通气阀，通过通气阀来控制氧气输送的启闭。

所述实验鱼体反应区包括密封水箱，所述密封水箱为透明的钢化玻璃拼装而成，在其顶部设置有第一孔和第二孔，所述第一孔上穿过氧气管路；所述第二孔上穿过供水供气管路；所述密封水箱顶部设置有真空压力表，并监测密封水箱内的压强。

所述模拟流道涡流生成装置包括滚筒、电磁继电开关系统、放大电路和计算机；所述滚筒通过放大电路与计算机连接，由计算机来控制滚筒内置电机的转动快慢和方向，模拟流道涡流的大小、速度和方向；所述滚筒通过电磁继电开关系统安装在密封水箱的底部；所述滚筒外围罩着一层网格海绵。