[发明专利]一种实时同步观测流态与流线变化的明渠实验装置

说明书

技术领域

本发明属于流体力学实验仪器领域，特别涉及一种实时同步观测流态与流线变化的明 渠实验装置，适用于获取不同流态和同步观测不同水力梯度下流态流线变化等水力学方面 的实验研究。

背景技术

明渠水流由于势能和流量等诸多原因导致水流流速的不同而产生不同水力梯度的流 态，为了比较不同流态流线的变化过程便涉及到水工模型试验，该试验就是仿照原体实物， 按照相似的准则，缩制成模型，进行实验研究。水工模型试验中，为了研究某些二元水流 问题，需建置实验槽，借助于实验槽观测水流流态，描绘或摄录实验过程中各种水流现象。 然而现在相对传统的雷诺实验装置虽能区分层流和湍流两种不同流态的特征等问题，但本 身也存在诸如流速可调范围小、水管封闭细小不易观察、无法模拟现实生活中明渠水流流 线变化等新问题。

因此，该实验装置在原自循环明渠实验水槽的基础上设计有自循环流态监控装置和流 线标记装置用来获取不同水力梯度下流态和实现同步观测不同流态流线变化过程。

发明内容

本发明的目的是，针对传统雷诺实验装置所欠缺的问题，提供一种能调控明渠水流流 态并能实时同步监测流态流线变化的明渠实验装置。

本发明涉及一种实时同步观测流态与流线变化的明渠实验装置，由自循环流态监控装 置、流线标记装置组成。

1、自循环流态监控装置

自循环流态监控装置由高清摄像机、自循环明渠实验水槽组成，可获得经过稳水、消 波的不同流速下的流态，实现流速可控、流态可变并能实时监测流态变化特征。

2、流线标记装置

流线标记装置由颜料储存箱、按钮、伸缩杆、椭圆状空心橡皮、喇叭状空心玻璃管、 圆柱体喷嘴组成，可用来根据标记不同流态流线变化过程。

本发明具有以下优点：

1、能够获取不同流态并标记流态流线。

2、能实时监测不同时段流态流线变化过程。

3、该装置可保证长时间不间断工作。

4、该装置结构简单、操作方便，对试验测试人员没有很强的技术要求。

附图说明

图1是本发明的整体组成结构示意图；

图2为流线标记装置内部构造图；

图3为圆柱体喷嘴示意图。

附图1标记说明：

A1-稳水头部，A2-水槽进口稳水装置，A3-高清摄像机，A4-流线标记装置，A5-实验水 槽水位标尺，A6-有机玻璃实验水槽，A7-便携式流速显示仪，A8-测点高程坐标尺，A9- 旋桨式流速仪，B1-二维滑动测桥，B2-尾门开度轮，B3-尾门，B4-出水漏斗，B5-分体式 流量计，B6-流量总调阀，B7-流量微调阀，B8-输水管，B9-现场仪表，C1-蓄水池，C2-1 号潜水泵，C3--2号潜水泵，C4-放水阀门，箭头指向为水流方向

附图2标记说明：

D1-颜料储存箱，D2-按钮，D3-伸缩杆，D4-椭圆状空心橡皮，D5-喇叭状空心玻璃管，D6- 圆柱体喷嘴

附图3标记说明：

E-圆状喷液通道

具体实施方式

以下结合附图对本发明的技术方案进一步说明：

1、该系统装置是在原自循环明渠实验水槽的基础上设计有自循环流态调控与流线标记 装置。其中自循环流态调控装置中自循环是指通过控制B9.现场仪表控制水泵通过供水管 供水于C1.蓄水池中提供实验所需水位后开启潜水泵电源即可，实验过程中无需再补给和 更新水源，并根据B5.分体式流量计实时数显的稳定流量来控制出流。高流速由C2-1号 潜水泵与C3-2号潜水泵同时供流来实现。水面高度则通过B2.尾门开度轮进行调节，实 验过程中通过A3.高清摄像机进行实时监控不同流态标记流线的变化特征，实验完毕后通 过B9.现场仪表来停止实验并将C4.放水阀门打开将水放出即可。

2、流线标记装置是待获得实验理想流态下点触D2.按钮通过D3.伸缩杆按压D4.椭圆状空 心橡皮将D1.颜料储存箱的颜料顺着实验水槽水流方向喷发出来用来标记目标流态流线变 化趋势的一套装置。

整体实验装置详细使用步骤：

1、启动

由B9现场仪表控制水泵给C1.蓄水池供水，待C1.蓄水池充满水后，将B6.流量总调 阀阀门调到半开状态，然后根据实验对流量及流速大小的需求自由选择接入C2.1号潜水 泵与C3.2号潜水泵水泵电源即可；

2、流速调节与测量