CN112382186A - 多功能实验水槽 - Google Patents

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杨秀卿
刘涛
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Abstract

本发明属于水动力实验设备领域，本发明的一种多功能实验水槽，包括：内部中空的条形水槽，所述条形水槽内设有造波组件；内部中空的方形水槽，所述方形水槽的进液端与条形水槽的出液端柔性密封连接且其内腔连通，方形水槽内腔的出液端与条形水槽的内腔进液端通过循环管连通；所述条形水槽的进液端下侧设有升降泵，其控制条形水槽进液端的升降；填充体，所述填充体采用不同的组合排列设置在方形水槽内形成不同的水流通道，模拟不同类型的水槽。本发明在该单一水槽内，可以实现模拟不同海底地貌、地质、水文条件下，既可以满足造波实验和均匀流水循环实验等其他它的水动力实验的要求，也能实现整个循环水槽的坡度调节，极大的降低了模拟实验成本。

Description

多功能实验水槽
技术领域
本发明属于水动力实验设备技术领域，尤其涉及一种实验水槽。
背景技术
水动力原型实验，难于分别控制各种参量，而且费用高。对于某些工程，在建成前有时甚至不可能进行原型实验，因此目前的水动力实验大都采用模型实验。在水动力模型实验中，有些问题可用理论分析或数值计算方法求解；但是理论解只能给出流场的均值而不能给出真实的流场波动演化的过程，此外采用理论值计算结构受力会产生很大的误差；数值计算对于复杂的波流，不能较好地模拟流场情况，且计算效率低下；此外有些问题因物理现象复杂，基本规律还不清楚，或因边界形状复杂，而只能采用实验方法进行研究。
目前的水动力实验中采用的实验水槽依然存在着以下不足之处和需要改进的地方：
1、现有水动力实验中采用的实验水槽功能较为单一，实验者往往需要根据不同的实验方向的需求分别建造造价昂贵的实验水槽，而不便于利用同一个实验水槽来完成各种不同类型的水动力实验。
2、目前的水动力实验中大部分采用直接将实验水槽水平地设置在地面上的方法，这种实验水槽往往无法满足水动力实验中灵活变坡试验的需求。
发明内容
本发明的目的是采用单一水槽，完成多种不同实验，设计了一种多功能实验水槽。
为了实现上述目的，本发明的采用如下技术方案，多功能实验水槽，包括：内部中空的条形水槽，所述条形水槽内设有造波组件；内部中空的方形水槽，所述方形水槽的进液端与条形水槽的出液端柔性密封连接且其内腔连通，方形水槽内腔的出液端与条形水槽的内腔进液端通过循环管连通；所述条形水槽的进液端下侧设有升降泵，其控制条形水槽进液端的升降；填充体，所述填充体采用不同的组合排列设置在方形水槽内形成不同的水流通道，模拟不同类型的水槽。
采用同一水槽，可以同时实现模拟水流、悬浮质渣浆流、波浪、潮汐，以及各水文要素相互耦合的过程；填充部分海底沉积物。由于条形水槽与方形水槽柔性密封连接且其内腔连通，通过控制升降泵，实现条形水槽的倾斜，模拟不同位置陆坡区的海床形态；方形水槽内放置不同数量的填充体，结合条型水槽，形成不同的模拟对象，如河道、河口三角洲、海底悬崖、蓝洞、陆坡等，并支持相应的原位模拟测试实验。采用同一水槽，可以模拟多种状态，既大大降低了实验成本，又可实现对各种形态的准确模拟。
进一步地，所述造波组件包括推板和至少两个推杆，推杆上下设置，分别铰接在推板背板上，所述推板位于条形水槽内并可沿条形水槽滑动，推杆贯穿条形水槽的侧板后与动力驱动装置连接，动力驱动装置通过不同的驱动方式，使推杆平推或交替动作，这样造波组件既可以模拟正常的水流，也可以通过造波组件的动作，模拟波浪、潮汐。
进一步地，方形水槽的内腔深度大于条形水槽的内腔深度，方形水槽的内腔宽度大于条形水槽的内腔宽度。这样，通过方形水槽内设置的填充体，可以模拟各种形态下的实验。
进一步地，所述填充体为形状规则的水泥浇筑块，便于控制方形水槽的填充形状，可以模拟各种形态下的实验。
进一步地，填充体可采用但不局限于以下各种方式填充：所述填充体组合排列填充在方形水槽形成的水流通道，其宽度和深度皆与条形水槽的内腔相同；所述填充体组合排列填充在方形水槽形成的水流通道，其宽度大于条形水槽的内腔，其深度与条形水槽的内腔相同或大于条形水槽的内腔；所述填充体组合排列填充在方形水槽形成的水流通道，其深度呈阶梯状排布；所述填充体组合排列填充在方形水槽内呈柱状。
进一步的，循环管上靠近条形水槽的位置设有进液口，循环管上靠近方形水槽的位置设有出液口，进液口和出液口皆设有阀门，便于控制水槽内水的循环使用，以及模拟涨潮退朝的实验，进出水便于操控。
进一步的，循环管上还设置有渣浆泵，既可以模拟悬浮质渣浆流状态下的实验，又可以保证渣浆流的顺畅。
本发明的有益效果是：在该单一水槽内，可以实现模拟不同海底地貌、地质、水文条件下，海洋波、浪、流、浊等要素与海底沉积物的相互作用过程，并进行模拟原位测试，既可以满足造波实验和均匀流水循环实验等其他它的水动力实验的要求，也能实现整个循环水槽的坡度调节，极大的降低了模拟实验成本。
附图说明
图1是本申请水槽的结构示意图；
图2是本申请水槽的侧示图；
图3是本申请的造波组件结构示意图；
图4是实施例1的结构示意图；
图5是实施例2的结构示意图；
图6是实施例3的结构示意图；
图7是实施例4的结构示意图；
图8是实施例5的结构示意图；
图9是实施例6的结构示意图。
图中：1-条形水槽；2-方形水槽；3-填充体；4-造波组件；41-推板；42-推杆；5-进液口；6-出液口；7-循环管；8-渣浆泵；9-阀门；10-水流通道；11-升降泵。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下：
为便于描述，所述填充体为1m×1m×1m的正方体水泥浇筑块，所述条形水槽内腔的宽高为1m×1m，所述方形水槽内腔的尺寸为3m×3m×3m。
实施例1
如图1至图4所示，一种多功能实验水槽，内部中空的条形水槽1，所述条形水槽1内设有造波组件4；
内部中空的方形水槽2，所述方形水槽2的进液端与条形水槽1的出液端柔性密封连接且其内腔连通，方形水槽2内腔的出液端与条形水槽1的内腔进液端通过循环管7连通；
所述条形水槽1的进液端下侧设有升降泵11，其控制条形水槽1进液端的升降，用于控制条形水槽1进液端模拟海床的升降，使条形水槽1成为坡度可控海床面，从而获得不同坡度的模拟海床，可调坡度为在0～5°；
如图4所示，所述填充体3采用24个正方体水泥浇筑块，设置在方形水槽2内形成的水流通道10宽度与深度皆与条形水槽1内腔相同，模拟长条形水槽实验。
如图3所示，所述造波组件4包括推板41和两个推杆42，推杆42上下设置，分别铰接在推板41的背板上，所述推板41位于条形水槽1内并可沿条形水槽1滑动，推杆42贯穿条形水槽1的侧板后与动力驱动装置连接。推板式造波***通过设置推板冲程控制波高，通过设置推板周期控制频率，适用于定向规则波的生成；摇板式造波***通过推板与推杆的摆动幅度控制波高，摆动频率控制造波频率，本水槽切换到该模式下，选择合适的摇板，能够在不同密度的水层之间产生内波。为避免反射波与直射波的叠加作用对实验结果产生不可控影响，方形水槽在造波***的对向、波浪行程的末端安装海绵层阻尼消波。
循环管7上靠近条形水槽1的位置设有进液口5，循环管7上靠近方形水槽2的位置设有出液口6，进液口5和出液口6皆设有阀门9。循环管7上还设有渣浆泵8。
循环造流***是通过条形水槽1和方形水槽2两端的循环通道、以高压的渣浆泵8驱动的造流***。条形水槽的内腔的宽高为1m×1m，采用大功率渣浆泵8在清水环境能够实现0～1.8m/s的可控循环流速。循环管7上靠近条形水槽1的位置设有进液口5，循环管7上靠近方形水槽2的位置设有出液口6，进液口5和出液口6皆设有阀门9，可将水槽调整为供水或排水状态，以方便供水、排水。其中排水管道内置颗粒物过滤网(需定时清理)。
实施例2
如图5所示，所述填充体3不需要设置，水槽模拟水流由窄变宽，水流通道10宽度与深度皆大于条形水槽1内腔，模拟河流入海实验。
其它同实施例1。
实施例3
如图6所示，所述填充体3采用18个，为两层平铺设置，模拟水流由窄变宽，水流通道10宽度与深度皆大于条形水槽1内腔，模拟河流入海实验。
其它同实施例1。
实施例4
如图7所示，所述填充体3采用17个，组合排列填充在方形水槽2内形成的水流通道10，其填充体3深度呈阶梯状排布，模拟陆坡区河流入海(如三角洲)实验。
其它同实施例1。
实施例5
如图8所示，所述填充体3采用24个，周边填充，中间留有孔隙，空隙内填充液体，模拟贯入式实验，进行静力触探，该方式下，条形水槽1可不使用。
其它同实施例1。
实施例6
如图9所示，所述填充体3采用3个，组合排列呈柱状填充在方形水槽2内，模拟绕流(如石油单桩平台、海上风机等)或海底侵蚀实验。
其它同实施例1。
在实际中，还可以根据需要设计不同形状的填充体3，以组合成不同形状的槽型。以上参考了优选实施例对本发明进行了描述，但本发明的保护范围并不限制于此，在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来，且不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的。因此，任何落入权利要求的范围内的所有技术方案均在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种多功能实验水槽，其特征在于，包括：
内部中空的条形水槽(1)，所述条形水槽(1)内设有造波组件(4)；
内部中空的方形水槽(2)，所述方形水槽(2)的进液端与条形水槽(1)的出液端柔性密封连接且其内腔连通，方形水槽(2)内腔的出液端与条形水槽(1)的内腔进液端通过循环管(7)连通；
所述条形水槽(1)的进液端下侧设有升降泵(11)，其控制条形水槽(1)进液端的升降；
填充体(3)，所述填充体(3)采用不同的组合排列设置在方形水槽(2)内形成不同的水流通道(10)，模拟不同类型的水槽。
2.根据权利要求1所述的多功能实验水槽，其特征在于，所述造波组件(4)包括推板(41)和至少两个推杆(42)，推杆(42)上下设置，分别铰接在推板(41)的背板上，所述推板(41)位于条形水槽(1)内并可沿条形水槽(1)滑动，推杆(42)贯穿条形水槽(1)的侧板后与动力驱动装置连接。
3.根据权利要求2所述的多功能实验水槽，其特征在于，方形水槽(2)的内腔深度大于条形水槽(1)的内腔深度，方形水槽(2)的内腔宽度大于条形水槽(1)的内腔宽度。
4.根据权利要求3所述的多功能实验水槽，其特征在于，循环管(7)上靠近条形水槽(1)的位置设有进液口(5)，循环管(7)上靠近方形水槽(2)的位置设有出液口(6)，进液口(5)和出液口(6)皆设有阀门(9)。
5.根据权利要求3所述的多功能实验水槽，其特征在于，循环管(7)上还设有渣浆泵(8)。
6.根据权利要求3所述的多功能实验水槽，其特征在于，所述填充体(3)为形状规则的水泥浇筑块。
7.根据权利要求6所述的多功能实验水槽，其特征在于，所述填充体(3)组合排列填充在方形水槽(2)内形成的水流通道(10)，其宽度和深度皆与条形水槽(1)的内腔相同。
8.根据权利要求6所述的多功能实验水槽，其特征在于，所述填充体(3)组合排列填充在方形水槽(2)内形成的水流通道(10)，其宽度大于条形水槽(1)的内腔，其深度与条形水槽(1)的内腔相同或大于条形水槽(1)的内腔。
9.根据权利要求6所述的多功能实验水槽，其特征在于，所述填充体(3)组合排列填充在方形水槽(2)内形成的水流通道(10)，其深度呈阶梯状排布。
10.根据权利要求6所述的多功能实验水槽，其特征在于，所述填充体(3)组合排列填充在方形水槽(2)内呈柱状。
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