[发明专利]冰水二相流输水试验装置的试验方法

说明书

本发明公开了一种冰水二相流输水试验装置及其试验方法，属于水利工程领域。试验装置包括：具有设定坡度的水槽、用于向水槽的高位端提供水源的可控引水机构、用于测量流经水槽水流流量的测流机构，水槽内远离高位端的一侧依次设置有子模拟桥墩墩柱组和可调节开度的挡板尾门，子模拟桥墩墩柱组包括多个位于水槽同一断面的半圆柱形和/或圆柱形的子模拟桥墩墩柱，子模拟桥墩墩柱组上方设置有相机，相机与显示装置连接，水槽上设置有用于测量子模拟桥墩墩柱组断面水位的水位测量机构。

技术领域

本发明涉及水利工程领域，具体涉及一种冰水二相流输水试验装置及其试验方法。

背景技术

长距离输水工程是解决水资源时空分布不均问题最有效、最直接的手段。由于调水工程输水距离一般较长，渠道在冬季经过这些高纬度地区时，渠道内水体向大气散热而引起水温沿程降低，当水温降至0℃以下时水体就会产生流冰，渠道将进入冰期输水阶段。如果不对渠道冰情加以调控，很有可能会造成冰凌灾害。长距离输水渠道的冰凌灾害主要有以下三种形式：(1)冰塞、冰坝洪水：大量冰块在水中堆积形成冰塞、冰坝，严重束窄过水断面，使冰塞、冰坝断面上游水位迅速上涨，造成漫堤；(2)冰凌堵塞：水中冰花与水面漂浮冰贴附在固体表面，如拦污栅、闸门处等，减少或完全堵塞过水断面；(3)影响水工建筑物安全：漂浮的冰块随水流运动产生较大的撞击力，冰块融化时的膨胀力也会对与之接触的建筑物产生破坏作用。因此输水渠道在冬季冰期运行时要采取一定的水力调控方法来保证运行安全。

开展冰水二相流模式下明渠输冰机理研究而提出的水力调控方法，对指导渠道冰水二相流模式下安全输水、促进我国经济发展具有直接意义，对于丰富和扩展冰水力学研究内容也具有一定价值。

而对于采用冰水二相流输水模式的明渠而言，浮冰易在桥墩断面发生卡堵，影响了输水渠道的安全运行。因此迫切需求一种试验装置以研究浮冰在渠道桥墩断面的运动规律和输移特性，以进一步开展冰水二相流模式下明渠输冰机理研究。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明旨在提供一种能够研究浮冰在渠道桥墩断面的运动规律和输移特性的冰水二相流输水试验装置及其试验方法。

为了达到上述发明创造的目的，本发明采用的技术方案为：

提供一种冰水二相流输水试验装置，其包括：具有设定坡度的水槽、用于向水槽的高位端提供水源的可控引水机构、用于测量流经水槽水流流量的测流机构，水槽内远离高位端的一侧依次设置有子模拟桥墩墩柱组和可调节开度的挡板尾门，子模拟桥墩墩柱组包括多个位于水槽同一断面的半圆柱形和/或圆柱形的子模拟桥墩墩柱，子模拟桥墩墩柱组上方设置有相机，相机与显示装置连接，水槽上设置有用于测量子模拟桥墩墩柱组断面水位的水位测量机构。

进一步地，可控引水机构包括设置在水槽上方的水箱，水箱上设置有进水管、通向高位端的出水管和通向水槽外的泄水管，出水管和泄水管上分别设置有第一流量调节阀和第二流量调节阀。

进一步地，半圆柱形的子模拟桥墩墩柱的平面侧壁与水槽的内侧壁连接。

进一步地，测流机构包括设置在水槽内的薄壁堰。

进一步地，水位测量机构包括设置在水槽内侧壁的量尺。

进一步地，水槽通过与其低位端连通的回水渠与地下水库连通。

进一步地，测流机构包括设置在回水渠内的薄壁堰。

进一步地，泄水管通向地下水库，引水管通过水泵与地下水库连通。

另一方面，提供一种本方案设计的冰水二相流输水试验装置的试验方法，其包括：

根据相邻子模拟桥墩墩柱之间的净宽制作多种规格的冰块；

测定水槽的水流流量范围，并根据水流流量范围设定试验工况的不同水流流量值；