一種冰水耦合綜合仿真平臺制造技術

本實用新型專利技術涉及一種冰水耦合綜合仿真平臺，包括：源水箱和回水箱，源水箱依次與加冰槽段、兩到三個帶有多個水位傳感器的直槽段、倒虹吸管、一個直槽段、U字形槽段、多個直槽段、回水箱可拆卸的連接形成水槽，與回水箱連接的直槽段上設有帶有水位傳感器的電控尾門；水量供給裝置、自動加冰機、電控倒虹吸閘門、電控尾門、各個水位傳感器與控制器電連接。本實用新型專利技術的應用大大減少了冰水耦合實驗的手工操作，增加了實驗的精確度，更重要的是加快了實驗的進程和速度，這一點對于應急研究有著特殊的意義，在特殊的環境下可以挽回人民生命財產的損失，甚至挽救生命。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及一種冰水耦合綜合仿真平臺，是一種模仿冰和水流動狀態的實驗裝置，是一種集水工、自動控制、機電一體化的實驗裝置。
技術介紹
封凍季節前后河流和水渠中會產生大量的浮冰，浮冰在河道中運動和堆積使河道變窄，甚至堆積為冰塞，形成冰塞險情。因此，研究冰塞的發生、演變，冰蓋下的冰塊運動等河冰水力學熱點問題十分必要。對于輸水渠道中的倒虹吸，浮冰同樣會產生種種影響。為預防和消除浮冰對倒虹吸的影響，需要獲得冰塊在倒虹吸前堆積、倒虹吸前冰蓋、冰塞形成等相關機理和水力參數，確定倒虹吸前冰蓋平鋪上溯發展、倒虹吸前冰塞堆積時各相關水力條件間的關系，對其進行研究，以找到解決的方案。研究上述問題，僅僅依靠在真實河道或水渠中的數據積累和計算機模擬是不夠的，需要通過真冰條件下的，按比例縮小的模型·試驗，對各種條件變化的模擬，才能獲取真正有效的參數。為了研究倒虹吸和彎曲水道的冰期輸水能力，需要建立帶有倒虹吸和彎槽的模擬水槽，研究彎槽段冰塞堆積演變過程，冰蓋形成過程對河床沖刷的影響，冰蓋形成過程中的水位變化，以及其它一些河冰水力學熱點問題。傳統的浮冰實驗由于沒有專門的實驗設施，只能利用一些簡單的工具和借用已有的實驗渠道，使用人工倒入水流中浮冰的方式進行的。這種方式不但效率低下，而且準確度低。由于各種實驗需要反復進行，大量的重復勞動，不但使人疲倦，精度下降，也使實驗工作進行緩慢，影響實驗進度。特別是進行某個應急實驗時，由于在緊急情況下，不能按時得到準確數據，而耽誤了最佳處理時間，給人民生命財產造成損失。
技術實現思路
為了克服現有技術的問題，本技術提出了一種冰水耦合綜合仿真平臺，建立可以靈活組合的實驗水槽，所述的實驗水槽可以帶有彎槽和倒虹吸，以及水閘等各種水工和河道、水渠的模擬設施。使用計算機控制系統對水流、浮冰的流量、流速進行控制，靈活、快速的進行實驗條件的各種變換。本技術的目的是這樣實現的一種冰水耦合綜合仿真平臺，包括源水箱和回水箱，所述的源水箱和回水箱之間設有水量供給裝置，多個直槽段，還包括U字形槽段、帶有自動加冰機的加冰槽段、出口帶有電控倒虹吸閘門和倒虹吸出口水位傳感器的倒虹吸管；所述的源水箱依次與加冰槽段、兩到三個帶有多個水位傳感器的直槽段、倒虹吸管、一個直槽段、U字形槽段、多個直槽段、回水箱可拆卸的連接形成水槽，與回水箱連接的直槽段上設有帶有水位傳感器的電控尾門；所述的水量供給裝置、自動加冰機、電控倒虹吸閘門、電控尾門、各個水位傳感器與控制器電連接。本技術產生的有益效果是本技術采用的具有可調整一定流量的水槽和倒虹吸、自動加冰機，電控尾門等設置，建立一個可以模擬冰塊流動的仿真平臺。自動加冰機通過控制器的控制和調整，可以精確的記錄和控制加冰量，水量和水位通過控制器都可以進行精確的記錄和控制，實現了機電一體化的監測和控制。本技術的應用大大減少了冰水耦合實驗的手工操作，增加了實驗的精確度，更重要的是加快了實驗的進程和速度，這一點對于應急研究有著特殊的意義，在特殊的環境下可以挽回人民生命財產的損失，甚至挽救生命。以下結合附圖和實施例對本技術作進一步說明。圖I是本技術的實施例一所述仿真平臺的平面示意圖；圖2是本技術的實施例一所述仿真平臺控制界面示意圖； 圖3是本技術的實施例三所述的自動加冰機的結構示意圖，是圖I中A-A剖面圖；圖4是本技術的實施例五所述的定量輸送帶結構示意圖，是圖3中D點的放大圖；圖5是本技術的實施例六所述的擋冰器的結構示意圖，是圖3中E-E向視圖；圖6是本技術的實施例七所述倒虹吸管的結構示意圖，是圖I中B向視圖。具體實施方式實施例一本實施例是一種冰水耦合綜合仿真平臺，其平面圖如圖I所示。本實施例包括源水箱9和回水箱1，所述的原水箱和回水箱之間設有水量供給裝置10，多個直槽段3、U字形槽段4、帶有自動加冰機的加冰槽段8、出口帶有電控倒虹吸閘門5和水位傳感器的倒虹吸管6 ;所述的源水箱依次與加冰槽段、兩到三個帶有多個水位傳感器7的直槽段、倒虹吸管、一個直槽段、U字形槽段、多個直槽段、回水箱可拆卸連接形成水槽，與回水箱連接的直槽段上設有水位傳感器和電控尾門2 ;所述的水量供給裝置、自動加冰機、電控倒虹吸閘門、電控尾門、各個水位傳感器與控制器電連接。本實施例所述的源水箱采用組裝式設計，可以使用玻璃鋼板或金屬板通過螺栓連接，其拆卸方便、組裝迅速。箱中布置花墻等穩水裝置，防止水位的大幅波動，同時考慮到水泵引起的水流紊動，因此建議水槽進口水箱的尺寸為3m*2m*2m(長*寬*高)。在水槽進口水箱底部設置排水管，用于實驗完成后排空水槽中的積水。本實施例所述的回水箱主要用于存放水槽循環所需水量，回水槽采用組裝式設計，螺栓連接，其拆卸方便、組裝迅速。為了防止回水箱中的水位過高和過低，在回水箱上設置排水閥，當回水箱中的水位過高時，通過排水閥排出多于水量；當回水箱中水量不足時，可用水泵從外水源補水。所述的水量供給裝置，連接在源水箱和回水箱之間，通過管路和水泵將回水箱中的水抽到源水箱中，抬高源水箱中的水位，使水流通過重力自然流經水槽回到回水箱。管路中設置流量計，通過流量計對流經管路中水流的流量進行檢監測，控制器調整水泵的轉速，可以對流量精確控制。可以使用一臺大型的變頻水泵，精確控制流量。但大型變頻水泵和大功率的變頻器價格昂貴。為此，本實施例可以采取一種經濟的供水方式。在試驗中水量調節的范圍不大，因此，可以采取兩臺泵的方案，一臺定速泵，一臺變頻泵，定速泵提供大部分水量，變頻泵在一定范圍內調整水量。定速泵價格便宜，而與之配合的變頻泵的功率可以大大減小，整體費用也降低許多。本實施例所述水槽為方便回水和進行彎渠的實驗研究，總體為U型布置，總長約50m(其中水槽長約41m)。水槽截面形狀為矩形，凈寬O. 8m，凈深O. Sm。各個槽段采用型鋼框架，各槽段之間用法蘭連接。水槽底板采用玻璃鋼材料，側壁采用中空玻璃。為方便拆卸和運輸，一個直槽段長2m。所述的加冰槽段就是一個直槽段旁邊設置了一臺自動加冰機。所述的加冰機是本實施例的關鍵設備。自動加冰機有多種選擇，可以是料斗在低處，通過輸送帶將料斗中的冰塊輸送到水槽中，調節輸送帶的輸送速度控制冰塊進入水槽的量；也可以使用提升機將冰塊提升到水槽上方，通過料斗閘門的開閉控制冰塊進入水槽的量。自動加冰機在實驗過程中向水槽里加入薄片狀的冰塊，冰塊的大小為長、寬20-33毫米，厚2-4毫米。 本實施例的另一個關鍵在于倒虹吸管。與上方向大氣敞開的其他槽段不同的是倒虹吸管是封閉的管子，水流在倒虹吸管中的流動是有壓流動。倒虹吸管的截面形狀可以是圓形截面的管子，也可以是與直槽段相同截面寬度的矩形，槽的上部有頂板密封，底板至頂板之間的距離(相當于其他槽段的槽深)約為其他槽段深度的四分之一。倒虹吸管包括三個管段下水管、水平管和上水管，上水管和下水管是兩端傾斜的管，其傾斜與水平面之間的夾角從10度至90度，根據實驗的要求而定。由于本實施例所述的水槽是可以拆卸式，因此，倒虹吸管可以拆卸下來，連接上其他種類的槽段，進行其他類型的研究。例如將倒虹吸管改變為渡槽，研究渡槽的冰水動力學特性。倒虹吸改變成直槽，利用U形彎槽，研究彎道冰水相互作用。倒虹吸變成直槽，沿水槽增設多個閘門，研究本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種冰水耦合綜合仿真平臺，包括：源水箱和回水箱，所述的源水箱和回水箱之間設有水量供給裝置，多個直槽段，其特征在于，還包括：U字形槽段、帶有自動加冰機的加冰槽段、出口帶有電控倒虹吸閘門和倒虹吸出口水位傳感器的倒虹吸管；所述的源水箱依次與加冰槽段、兩到三個帶有多個水位傳感器的直槽段、倒虹吸管、一個直槽段、U字形槽段、多個直槽段、回水箱可拆卸的連接形成水槽，與回水箱連接的直槽段上設有帶有水位傳感器的電控尾門；所述的水量供給裝置、自動加冰機、電控倒虹吸閘門、電控尾門、各個水位傳感器與控制器電連接。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：楊開林，付輝，郭新蕾，譚水位，李福田，郭永鑫，王濤，王鵬，謝省宗，董興林，王大龍，
申請(專利權)人：中國水利水電科學研究院，
類型：實用新型
國別省市：