[发明专利]一种消防救援形成V字流流态的水道及流态设计方法

说明书

本发明公开了一种消防救援形成V字流流态的水道及流态设计方法。所述水道包括自上而下依次连通的供水系统、上游矩形水道、渐变段水道、下游倒梯形水道、以及蓄水池/回水系统；所述上游矩形水道的底板为水平面，所述渐变段水道和下游倒梯形水道的底板为斜坡面；所述上游矩形水道的边墙为铅直面，所述下游倒梯形水道的边墙为倾斜面；所述渐变段水道的边墙具有将上游矩形水道的边墙铅直面渐变为下游倒梯形水道的边墙倾斜面的导流元件。本发明的水道利用导向元件的导向作用引导水流向水道中心改变方向，进而形成斜向V字流流态。

技术领域

本发明涉及一种消防救援形成V字流流态的水道及流态设计方法，属于应急救援领域。

背景技术

水域救援是应急救援任务中极其重要的内容。目前，我国救援人员的水域救援理论知识不足、训练场地匮乏，日常训练多以基础体能、消防技能和器材熟悉为主，水域救援模拟训练尚局限于在自然河道水域中进行，模拟训练较少。由于自然河道地形复杂，危险性大,训练过程中容易造成人员伤亡；在复杂水域环境训练时，容易导致参训人员心理素质和判断力变差，存在焦虑、恐惧、畏难的情绪；自然河道来水条件不确定，训练计划安排受到极大制约。因此，建造专用激流水道是解决水域救援模拟训练场地匮乏问题的切实可行的办法。

根据水域救援特点，专用激流水道需要模拟出常见的水流流态，主要包括：沸腾线、翻滚流、覆盖流、V字流/夹角流、微笑流、皱眉流、漩涡流、回流区等多种流态，其中V字流/夹角流模拟训练是一项重要训练科目，如何在激流水道中形成V字流流态是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

为了在激流水道中形成V字流流态，解决水道过流面体型问题，本发明旨在提供一种消防救援形成V字流流态的水道及流态设计方法，该水道利用导向元件的导向作用引导水流向水道中心改变方向，进而形成斜向V字流流态。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种消防救援形成V字流流态的水道，其结构特点是，包括自上而下依次连通的供水系统、上游矩形水道、渐变段水道、下游倒梯形水道、以及蓄水池/回水系统；所述上游矩形水道的底板为水平面，所述渐变段水道的底板为斜坡面，所述下游倒梯形水道的底板为斜坡面；所述上游矩形水道的边墙为铅直面，所述下游倒梯形水道的边墙为倾斜面；所述渐变段水道的边墙具有将上游矩形水道的边墙铅直面渐变为下游倒梯形水道的边墙倾斜面的导流元件；所述导流元件为直角楔形体，且楔形块的尖端朝向上游矩形水道。

由此，本发明采用直角楔形体斜平面将水道边墙铅直面渐变为倾斜面，通过斜平面的导向作用，引导水流向水道中心改变方向，进而形成斜向V字流流态。在V字内侧，水流呈现为急流流态，在V字外侧，水流呈现为缓流流态，急流和缓流的交界面即为V字的斜边。

根据本发明的实施例，还可以对本发明作进一步的优化，以下为优化后形成的技术方案：

在其中一个优选的实施例中，所述直角楔形体的长度为1.0m～3.0m，宽度b为0.5m～1.0m，高度d为0.5m～1.5m，楔形体底部斜边扩展角度θ为15°～45°，优选θ为15°～30°。

在其中一个优选的实施例中，所述渐变段水道和下游倒梯形水道的底板共面。

在其中一个优选的实施例中，所述下游倒梯形水道的边墙相对底板的倾斜坡度为1︰2～1︰1，优选为1:1.8～1︰1.5。

基于同一个发明构思，本发明还提供了一种所述的消防救援形成V字流流态的水道的流态设计方法，已知:水道单宽流量q、V字流开口端流速V、渐变段末端弗劳德数Fr、直角楔形体底部斜边扩展角度θ，直角楔形体的宽度b；

定义设计参数：V字流波前角β：急流和缓流的交界线与水道中心线的夹角，其中，V字两个斜边的夹角为2β；V字流长度L：V字的斜边长度；V字流尖端水深h：急流和缓流的交界线交汇点处的水深；

所述设计方法包括如下步骤：