[发明专利]泥沙颗粒沉积模拟试验装置和方法

说明书

本发明提供了一种泥沙颗粒沉积模拟试验装置和方法，将用于模拟泥沙颗粒的吸水珠加入试验水槽中平行的两块玻璃板之间，并采用动力装置控制两块平行玻璃板左右摆动，使吸水珠随玻璃板的摆动而运动，模拟泥沙颗粒沉积过程中的受力环境，突破了泥沙颗粒沉积规律研究的时间尺度的限制，另外，激光器发出的激光束经过横向凹透镜、纵向短焦凹透镜、纵向长焦凹透镜、折射镜、三角透镜处理后，转换成片光照射吸水珠和示踪粒子，得到位移图像，处理后得到吸水珠缝隙的水速度场及吸水珠的位移场，利用上述光路减少了片光的杂散光，使得图像更清晰，进而使最终得到的计算结果更准确。

技术领域

本发明涉及泥沙颗粒研究领域，尤其涉及一种往复潮流作用下的水库大颗粒泥沙沉积模拟试验装置和方法。

背景技术

水库库底泥沙沉积是水库维护和运行中亟待解决的重要问题。水库泥沙沉积的特点在于，河流携带的大颗粒泥沙较多，在河流汇入水库后，水流流速减缓，输沙能力降低，其携带的大颗粒泥沙就部分或全部的在水库库底沉积。在自然界的观察中通常发现，泥沙的沉积中出现小颗粒泥沙沉积到更底层，大颗粒泥沙相对位置靠上的特点。而导致这种普遍规律的原因却不清晰，而该规律对于人类对泥沙沉积的打捞和治理具有重要意义。水库库底泥沙沉积的特点在于，大型水库，尤其是山区水库或高山堰塞湖，往往有多条水源汇入，而不同水源因流量不同会导致水库内携沙水体形成往复潮流，往复潮流的出现又增加了对泥沙沉积的研究难度。

泥沙运动领域的物理试验一般是通过室内长水槽来实现的，而受室内空间大小的限制无法建立无限长的水槽，泥沙在水槽首端进入水槽后，在很短的时间内就被流水携带到水槽尾端，导致很难通过试验研究泥沙颗粒到沉积特性，而泥沙的沉积是长时间运动的结果，因此泥沙颗粒运动研究的时间尺度受限成为本领域亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种泥沙颗粒沉积模拟试验装置和方法，解决无法建立无限长的水槽导致泥沙颗粒沉积规律研究的时间尺度受限的问题。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种泥沙颗粒沉积模拟试验装置，包括：试验水槽、动力装置以及测量装置；

试验水槽中设置有两块玻璃板以及位于两块玻璃板之间的若干吸水珠及示踪粒子；玻璃板与试验水槽的底部始终接触，并且玻璃板长度等于试验水槽的宽度；

动力装置连接两块玻璃板，可带动两块玻璃板同步摆动，两块玻璃板在摆动过程中始终相互平行；

测量装置包括：

激光粒子成像装置，用于获取吸水珠及示踪粒子的位移图像；

PC，连接激光粒子成像装置，接收位移图像，并根据位移图像计算吸水珠缝隙的水速度场及吸水珠的位移场；

其中，激光粒子成像装置包括：激光器、光学转换装置以及高速相机；

光学转换装置设置于激光器与试验水槽之间，用于将激光束转换成片光，以照射吸水珠和示踪粒子；

光学转换装置包括：沿光路方向依次设置的纵向短焦凹透镜、横向凹透镜、折射镜、纵向长焦凹透镜以及三角透镜；

纵向短焦凹透镜用于对激光光束纵向聚焦；

横向凹透镜用于对纵向聚焦之后的激光光束进行横向聚焦；

折射镜用于将横向聚焦之后的激光光束折射至所述纵向长焦凹透镜；

纵向长焦凹透镜用于对折射之后的激光光束进行纵向聚焦；

三角透镜用于对纵向聚焦之后的激光光束进行扩散，得到片光。

一实施例中，

激光器设置于试验水槽的上方，用于向试验水槽发射激光束；