[发明专利]一种构造异重流试验层结环境水体装置及方法

权利要求书

1.一种构造异重流试验层结环境水体装置，包括A储水箱（3）、B储水箱（17）、水槽（12）、十字标定线（13）、闸门（8）和层结水体出流装置；其特征在于：水槽（12）长度方向上的中端设有引流管（9），通过引流管（9）与B储水箱（17）和微型储水箱（10）联通；第一引流装置（2）将A储水箱（3）中的流体引流至B储水箱（17），B储水箱（17）通过第二引流装置（7）与微型储水箱（10）联通，微型储水箱（10）通过导流装置（11）与水槽（12）联通，导流装置（11）将微型储水箱（10）中的流体引流至水槽（12），所述的微型储水箱（10）和导流装置（11）构成所述层结水体出流装置；

所述的水槽（12）内部设置有电机自动控制的闸门（8），该闸门（8）靠近所述的第二引流装置，水槽（12）的中上部设置有十字标定线（13），水槽（12）的侧面和上方均设置有高速摄像机；

所述的第一引流装置和第二引流装置结构相同，均包括真空泵（1）、阀门开关（5）和流量计（6），阀门开关的一端连接真空泵，另一端连接流量计；

所述的A储水箱（3）、B储水箱（17）和水槽（12）均装有排水设施。

2.根据权利要求1所述的一种构造异重流试验层结环境水体装置，其特征在于：所述A储水箱（3）、B储水箱（17）壁面采用塑料所制，水槽（12）和微型储水箱（10）的壁面采用亚克力板。

3.根据权利要求1所述的一种构造异重流试验层结环境水体装置，其特征在于：所述的闸门（8）两侧均有闸门固定装置（14），闸门（8）至一定高度后，闸门固定装置（14）自动固定闸门，使闸门（8）保持静止状态，试验结束后闸门固定装置（14）自动释放，闸门（8）可自由升降。

4.根据权利要求1所述的一种构造异重流试验层结环境水体装置，其特征在于：所述导流装置（11）和微型储水箱（10）为一体，其壁面均采用亚克力板，是构造层结水体的装置中的出流部分。

5.根据权利要求1所述的一种构造异重流试验层结环境水体装置，其特征在于：所述的水槽（12）左侧壁面上带有刻度线（18）。

6.一种构造异重流试验层结环境水体试验方法，采用权利要求1所述的装置，其特征在于该方法具体是：

a.准备

将闸门保持紧闭状态，向闸门靠近A储水箱注入重流体，即闸门右侧，向闸门另一侧水槽构造地形突变环境，分别打开A、B储水箱各自连接的引流装置中的真空泵、阀门，并调节流量计，将B储水箱对应的流量计示数保持为A储水箱对应的流量计示数的两倍，流体通过直角引流管和导流装置进入水槽另一侧，即闸门左侧，层结水体开始构造，保持环境水体与重流体液面齐平；两台高速摄像机保持开机状态；

b.试验

试验过程中可调节参数如下：异重流浓度、层结水体层结度，底部粗糙度、地形突变

工况A：异重流浓度变化工况

闸门保持紧闭状态，闸门右侧注入不同浓度的重流体，迅速提拉闸门，即可实现不同异重流浓度条件下的开闸式异重流水动力特性研究；

工况B：层结水体层结度变化

闸门保持紧闭状态，A储水箱注入不同浓度重流体，B储水箱注入清水，闸门右侧注入一定浓度的重流体，迅速提拉闸门，即可实现环境水体在不同层结度条件下的异重流水动力特性研究；

工况C：障碍性模型变化工况

闸门保持紧闭状态，安装不同类型障碍性模型，包括底床铺设不同粒径鹅软石模拟不同粗糙度底床、三角形和长方形障碍物模拟地形突变；闸门右侧注入一定浓度的重流体，迅速提拉闸门，即可实现不同底床粗糙度地、形突变条件下的异重流水动力特性研究；

其他工况：耦合变化工况

在试验中根据实际需求，通过改变异重流浓度，环境水体层结度，选择安装不同附加模型类型，实现异重流浓度、附加模型变化耦合条件下的开闸式异重流水动力特性研究；

另上述试验进行过程中，通过两台高速摄像机从侧视和俯视记录异重流运动过程，实时记录测量数据；

c.整理仪器

试验结束，将各构件拆分开，整理试验器材；

d.数据处理及分析

试验结束将异重流的运动过程视频进行整理分析，以此得到所需试验结果及结论。