[发明专利]一种滑移边界条件密度流以及盐水楔生成的实验装置及方法

说明书

本发明公开了一种滑移边界条件密度流以及盐水楔生成的实验装置，包括实验水槽、传送底床、固定底床、导水箱、低密度水体储水箱、高密度水体储水箱、可拆卸整流装置、导流装置、进水箱、外部引流管、水位挡板、出水口、刻度尺、十字标定线、控制阀门、流量计、滤波器、小型水泵、搅拌器等。本发明装置所能进行的实验包括滑移边界条件密度流实验、盐水楔生成实验、传统持续入流密度流实验。它能消除密度流扩散过程的头部区域的lobe‑and‑cleft现象，从而将三维运动简化为二维运动，便于现象机理的分析，同时也为复杂的三维分析作出实验基础，同时通过简单的操作就可转换至盐水楔工况。本发明构件组合设计灵活，可适用工况广泛。

技术领域

本发明涉及水利工程水力模型试验领域，具体涉及一种滑移边界条件密度流以及盐水楔生成的实验装置及方法。

背景技术

密度流，又称为异重流流，密度流通常指两种密度不同的流体，由于密度差异而产生的相对运动。造成流体密度差异的原因有多种，比如流体温度差异、含较高浓度的易溶物质(盐、糖等)或者悬浮物质(泥、沙等)所致的密度差异等。密度流现象在自然界和实际工程中都广为存在，上世纪三四十年代起，密度流逐渐备受关注，不同学科的学者分别进行了相关研究工作，如在流体力学、气象学、地质学、环境工程学、水利工程学等。

现已公布的专利方案中，国内外已经给出多种开闸式和持续入流式密度流试验装置的技术方案；因为密度流扩散过程会形成鲜明的头部区域和尾部区域，但是其头部是与环境流体掺混(lobe-and-cleft和K-H billows现象)的主要区域，表现出复杂的三维运动形式，从而对实验的数据处理和现象分析带来难度；同时已有模型试验设计中，鲜有考虑盐水楔生成的实验装置。

发明内容

本发明克服了现有技术中的不足，提供了一种滑移边界条件密度流以及盐水楔的生成实验装置及方法。

本发明中的装置包括实验水槽、传送底床、固定底床、导水箱、低密度水体储水箱、高密度水体储水箱、可拆卸整流装置、导流装置、进水箱、水位挡板、出水口、流量计和滤波器。

所述低密度水体储水箱通过第一小型水泵以及第一阀门与导流装置连接，所述导流装置设置在导水箱内；导水箱与实验水槽之间设置有可拆卸整流装置，可拆卸整流装置的下方位于传送底床的一端，传送底床的另一端接固定底床一端；传送底床、固定底床均位于实验水槽内。

所述的高密度水体储水箱依次经过第二小型水泵、滤波器、第二阀门、流量计后与进水箱的底部连接，固定底床的另一端位于进水箱内，进水箱的上方安装有水位挡板，水位挡板后接有出水口，所述的进水箱与实验水槽联通。

进一步说，所述的实验水槽靠近所述可拆卸整流装置侧设有刻度尺，所述的实验水槽的侧面和上方均设置有高速摄像机，所述的实验水槽上方还设有十字标定线。

进一步说，所述的导水箱、所述的进水箱以及所述的低密度水体储水箱底部均设有排水装置。

进一步说，所述的传送底床的传送速度可以调节。

进一步说，所述的高密度水体储水箱中安装有可更换的搅拌器。

进一步说，所述的实验水槽、导水箱、低密度水体储水箱、高密度水体储水箱、进水箱壁面采用亚克力板。

进一步说，所述搅拌器的中心轴与叶片连接采用可拆卸的轴片连接环，叶片末端均贴附有叶片加厚板，增加叶片局部刚性。

进一步说，所述的进水箱底部通过第三阀门与高密度水体储水箱连接。