短型水槽实验装置

摘要

一种短型水槽实验装置，包括蓄水箱、水泵、实验水槽、变流量量水堰和调流向出水箱，变流量量水堰的底板上设有进水口与出水口，在出水口周围设有隔水板，隔水板内侧设有溢流板，溢流板与升降杆相连，变流量量水堰与实验水槽并行布置，两者采用调流向出水箱相连接，调流向出水箱设有高底板和低底板，在低底板上方设有跌水整流装置，在低底板和跌水整流装置之间的调流向出水箱的侧板上设有整流出水板，在实验水槽的末端设有分形尾门。本装置的长度较短，装置制作成本低，占地面积小，适用于水力学领域的实验研究和教学。

权利要求

1.一种短型水槽实验装置，包括蓄水箱、水泵、实验水槽，其特征在于：还包括变流量量水堰和调流向出水箱，变流量量水堰的底板上设有进水口与出水口，在出水口周围设有隔水板，隔水板内侧设有溢流板，溢流板与升降杆相连；变流量量水堰与实验水槽并行布置，两者采用调流向出水箱相连接；调流向出水箱设有高底板和低底板，在低底板上方设有跌水整流装置，跌水整流装置由水平布置的固定穿孔板和活动穿孔板构成，跌水整流装置的高度略低于高底板，在低底板和跌水整流装置之间的调流向出水箱的侧板上设有整流出水板；在实验水槽的末端设有分形尾门，分形尾门由尾门固定板和尾门活动板构成，尾门固定板和尾门活动板均采用希尔伯特曲线进行开孔。

2.根据权利要求1所述的短型水槽实验装置，其特征在于：所述隔水板和所述溢流板均为圆筒形。

说明书

短型水槽实验装置

技术领域

[0001] 本发明属于水力学实验仪器技术领域，具体涉及一种短型水槽实验装置。

背景技术

[0002] 水槽实验装置是水力学与河流动力学实验研究常用的仪器设备，大量的明渠水流实验和泥沙实验均需要在水槽实验装置中完成。传统的水槽实验装置体积和重量都很大，一些水槽实验装置还配备专门的地下水库和平水塔。近年来，为了减小占地面积，节约装置制作成本，大量的水槽实验装置取消了地下水库和平水塔，转而采用蓄水箱和稳水箱，水槽实验装置逐渐向小型化发展。目前的水槽实验装置一般由实验水槽、量水堰、稳水箱、蓄水箱和水泵组成，量水堰和实验水槽呈一字型布置。蓄水箱内水流经水泵提升到稳水箱，再依次流到量水堰和实验水槽，最后又回到蓄水箱，在稳水箱和量水堰之间设有阀门来控制进入实验水槽的水流流量。在实验水槽中需要形成水流流速断面分布沿程一致的均匀流实验段来进行实验研究，但是这个均匀流实验段容易受到上游量水堰的进水影响和水槽末端尾门的出水影响，目前解决此问题的主要方法是增加实验水槽的长度，以保证均匀流实验段上游的进水过渡段和下游的出水过渡段的长度足够长。因此，实验水槽的长度一般很长，再加上量水堰的长度也较长，这样一来，水槽实验装置的总长度一般都很大，例如，一个水槽宽度为0.4m的水槽实验装置，其总长度往往超过10m。目前，水槽实验装置的长度较大，长度过长在一定程度上会占用过多的实验场地，影响实验场地的利用效率，并且导致水槽实验装置往往只能安置在大型实验室，而不能安置在较小的房间里。因此，设计一种长度较短的水槽实验装置很有必要。

发明内容

[0003] 针对水槽实验装置存在的上述问题，为了在保证实验水槽内均匀流实验段的长度足够长的前提下，克服水槽实验装置长度过长的弊端，同时进一步减小装置制作成本，本发明提供了一种短型水槽实验装置。

[0004] 为实现上述目的，本发明采取下述技术方案：

[0005] 一种短型水槽实验装置，包括蓄水箱、水泵、实验水槽、变流量量水堰和调流向出水箱；变流量量水堰的底板上设有进水口与出水口，在出水口周围设有隔水板，隔水板内侧设有溢流板，溢流板与升降杆相连，变流量量水堰还与一般的量水堰一样具有整流孔板和堰板；变流量量水堰与实验水槽并行布置，两者采用调流向出水箱相连接；调流向出水箱设有高底板和低底板，在低底板上方设有跌水整流装置，跌水整流装置由水平布置的固定穿孔板和活动穿孔板构成，跌水整流装置的高度略低于高底板，在低底板和跌水整流装置之间的调流向出水箱的侧板上设有整流出水板；在实验水槽的末端设有分形尾门，分形尾门由尾门固定板和尾门活动板构成，尾门固定板和尾门活动板均采用希尔伯特曲线进行开孔。

[0006] 优选的，变流量量水堰内的隔水板和溢流板均为圆筒形。

[0007] 本发明的有益效果在于：

[0008] 1、本发明的变流量量水堰通过调节溢流板的高度来控制进入实验水槽的流量，在不使用稳水箱的条件下完成了对流量的控制和测量，节约了装置制作成本，减小了占地面积。

[0009] 2、本发明通过调流向出水箱实现了变流量量水堰与实验水槽并行布置，减小了水槽实验装置的长度。

[0010] 3、本发明的调流向出水箱具有整流功能，其出流流速分布较均匀，水槽进水过渡段的长度较短，从而减小了水槽实验装置的长度。

[0011] 4、本发明的分形尾门对水槽尾部水流流态影响较小，水槽出水过渡段的长度较短，从而减小了水槽实验装置的长度。

附图说明

[0012] 图1是本发明的平面结构示意图。

[0013] 图2是图1的A-A断面结构示意图。

[0014] 图3是图1的B-B断面结构示意图。

[0015] 图4是图1的C-C断面结构示意图。

[0016] 图5是尾门固定板的结构示意图。

[0017] 图6是尾门活动板的结构示意图。

[0018] 图中：1—水泵，2—蓄水箱，3—进水口，4—隔水板，5—出水口，6—溢流板，7—稳水孔板，8—变流量量水堰，9—调流向出水箱，10—跌水整流装置，11—固定穿孔板，12—活动穿孔板，13—实验水槽，14—分形尾门，15—升降杆，16—堰板，17—高底板，18—低底板，19—整流出水板，20—尾门固定板，21—尾门活动板。

具体实施方式

[0019] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

[0020] 参见图1至图6，一种短型水槽实验装置，包括蓄水箱2、水泵1、实验水槽13、变流量量水堰8和调流向出水箱9；变流量量水堰8的底板上设有进水口3与出水口5，在出水口5周围设有隔水板4，隔水板4内侧设有溢流板6，隔水板4和溢流板6均为圆筒形，隔水板4的内径和溢流板6的外径大致相等，溢流板6与升降杆15相连，溢流板6在升降杆15的带动下可以上下移动，变流量量水堰8还与一般的量水堰一样具有稳水孔板7和堰板16，堰板16为直角三角形堰板；变流量量水堰8与实验水槽13并行布置，两者采用调流向出水箱9相连接；调流向出水箱9设有高底板17和低底板18，在低底板18上方设有跌水整流装置10，跌水整流装置10由水平布置的固定穿孔板11和活动穿孔板12构成，活动穿孔板12直接叠放在固定穿孔板11上(活动穿孔板11采用密度比水大的材料制作)，跌水整流装置10的高度略低于高底板17，在低底板18和跌水整流装置10之间的调流向出水箱9的侧板上设有整流出水板19；在实验水槽13的末端设有分形尾门14，分形尾门14由尾门固定板20和尾门活动板21构成，尾门固定板20和尾门活动板21均采用希尔伯特曲线(Hilbert曲线)进行开孔，希尔伯特曲线是一种分形图形，它在迭代生成的过程中，不断细化出小的正方形，在本实施例中当细化出的正方形边长小于实验水槽13宽度的1/16倍时即停止细化，然后将希尔伯特曲线某一侧的区域切割掉形成尾门固定板20，另外一块板材将希尔伯特曲线的另外一侧的区域切割掉形成尾门活动板21，尾门活动板21与一个升降杆相连，从而实现上下移动。

[0021] 本发明的工作工程和工作原理是：启动蓄水箱2内水泵1，水流通过水管由进水口3进入变流量量水堰8，变流量量水堰8内水位逐渐升高直至达到溢流板6顶部的高度，一部分水流漫过溢流板6再通过与出水口5相连的水管回到蓄水箱2，一部分水流通过堰板16跌入调流向出水箱9内，通过调节升降杆15来控制溢流板6的高度，从而达到控制变流量量水堰8内水流水位和通过堰板16的水流流量的目的，如果溢流板6的高度保持不变，则从堰板16流出的流量也不变；水流在经过调流向出水箱9的跌水整流装置10和整流出水板19这两个具有整流功能的部件以后其出流流速分布变得较为均匀，如果出流流速分布的均匀性不够理想，可以沿水流方向前后移动活动穿孔板12，调节跌水整流装置10孔洞的大小，使得穿过跌水整流装置10的水流在过水断面上的流量分布大致均匀，进而保证流出调流向出水箱9的水流较均匀；水流从调流向出水箱9流入实验水槽13，上下移动分形尾门14的尾门活动板21，以便于将实验水槽13内水深调节到需要的大小；水流经过分形尾门14再跌入实验水槽
13下方的蓄水箱2，完成水流循环。