[发明专利]一种用于模拟丁坝对水流作用的试验装置及方法

说明书

本发明公开了一种用于模拟丁坝对水流作用的试验装置及方法，属水力学物理模型试验领域。试验装置由试验模块、光源模块、数据采集模块和控制模块构成；试验模块由丁坝水流试验各基础试验构件构成；所述光源模块、数据采集模块均依附于试验模块进行布置；所述控制模块对装置其他模块起控制作用。本发明采用集成化装置设计并引入粒子图像测速技术完成丁坝水流试验过程，具有试验过程人力消耗少，效率高，试验成本低廉，节能环保，可适用工况范围广，试验精度高等优点。

技术领域

本发明涉及水力学物理模型试验领域，具体涉及一种用于模拟丁坝对水流作用的物理模型试验装置及其方法。

背景技术

在航道整治领域中，根据河流整治需求在河流整治段两岸设置丁坝是一种十分有效的治河工程技术方案。其中，丁坝作为航道整治工程中广泛使用的一种水工建筑物，主要起到束窄河床、导水归槽、调整水流流向、改变水流流速、冲刷浅滩、导引泥沙等作用。因而丁坝在国内外河流整治工程中得以广泛应用：在长江口深水航道整治工程中为束水归槽、加大航深，相应地设置有丁坝群；黄河中游为保护河岸和控制河势，沿河两岸布置有多组丁坝；在美国密西西比河也采用丁坝对河道进行整治。

丁坝设置后将引起丁坝附近水动力特性发生变化，引起丁坝附近的局部冲淤变化，同时影响河流主流流向及河道演变等。丁坝附近的水流具有显著的三维特征，丁坝附近的冲淤情况均与水流的这种特征有关。因此，采用物理模型试验方法研究丁坝附近水流运动，不仅可以详细分析丁坝附近水流运动特征，而且可以为河床演变分析尤其是进一步的数值模拟提供数据支持，还可以为丁坝设计和施工提供依据。同时鉴于丁坝水流试验代表性显著，可操作性强等特点，部分高校也采用丁坝水流试验作为基础水力学实验来开展实验课程教学工作。

现已公布的关于丁坝试验的技术方案中，丁坝水流试验大多依托于临时组建的水槽，存在着试验所需仪器繁多，试验步骤复杂，试验进行时占用空间大，实验过程中过于耗费人力等不足；同时，专业性强、操作简便并能显著揭示丁坝作用下各断面水力特性的丁坝试验技术方案还十分缺乏；采用丁坝水流试验作为教学展示性实验时，存在着现有的丁坝水流试验方案对于丁坝扰动下水流断面流速分布情况展示性不足，演示效果不明显等问题。

发明内容

本发明克服了现有技术中的不足，提供了一种自动化程度较高、可灵活改变丁坝长度及方向、可详尽分析丁坝作用下水流各断面流速分布的模拟丁坝对水流作用的试验装置及其实现方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种用于模拟丁坝对水流作用的试验装置，其特征在于由试验模块、光源模块、数据采集模块和控制模块构成；

所述试验模块由各基础试验构件构成，包含有进水管、消能池、试验水槽、尾门、出水管、丁坝模型、定位器、蓄水池和水泵：所述进水管外界通过水泵连接至蓄水池，进水管内侧与消能池相连；所述消能池与试验水槽连接成一个整体，水体相互连通；所述试验水槽前段与消能池连接成一个整体，尾部通过尾门连接至出水管，所述试验水槽内部布置有多个丁坝模型；所述出水管前端通过尾门与试验水槽相连，出水管后端连接至蓄水池中；所述丁坝模型以丁坝或丁坝群的形式布置于试验水槽中，丁坝坝根位置均贯穿设置有定位器，用以使丁坝与试验水槽临近侧侧壁密闭连接。

所述光源模块为试验装置的信息采集的信息源模块，由线阵列激光器、上侧激光标定复合板、滑轨、下侧激光标定复合板、滑轨支架、底部标定板组成。所述线阵列激光器与相机支架一并布置于滑轨上，用以形成线光源照射所需观察的水流纵断面；所述滑轨上部架设有线阵列激光器和相机支架，下部通过滑轨支架固定于试验水槽上方；所述上侧激光标定复合板、下侧激光标定复合板分别安装布置于试验水槽上下两侧的侧壁外侧上，可灵活拆卸；所述底部标定板位于试验水槽底部壁面的外侧。