【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于泥沙起动流速测量领域，具体涉及一种用于泥沙起动流速试验的小型环形水槽及其布置方法。
技术介绍
1、泥沙运动的力学机制包括泥沙颗粒的起动、输运和沉降，这些过程对于理解水下滩、槽等重要地貌单元的形成至关重要。但真正要了解泥沙颗粒的起动机制等并不容易，即便是泥沙起动的判断这一很基本的问题也存在诸多难点：首先是驱动泥沙运动的水流本身就是紊动的，即便是通过相同的流量，关注区域水流的流速和方向是随机波动的，这导致作用在泥沙颗粒上的力也是变化的；其次，泥沙起动本身具有很强的随机性，即在相同的水流条件下，并不是所有泥沙颗粒都会同时起动，这给泥沙起动的临界水流条件的确定客观上带来不小挑战；判断泥沙是否起动目前尚无统一的方法。在大多数情况下的做法是直接通过肉眼判断，当观察到床面有泥沙开始运动时，便认为该水流条件即为泥沙的临界起动条件。然而，不同人的判断标准是不可能完全一样的，这导致测量结果存在较强的主观性；另一方面，对相同的沙样来说，在水深较浅时，由于水流与河床的接触更直接，水流的动能更容易传递给泥沙颗粒，因此泥沙颗粒更容易起动，所需的起动流速相对较小。相反，在水深较大时，水流的动能需要通过更深的水体传递到河床，能量传递效率较低，因此泥沙颗粒需要更大的流速才能起动。目前泥沙起动流速试验装置的水深条件，是从零水深逐渐调整到目标水深，这就容易导致出现未到达试验水深时就已经发生过泥沙起动的情况。
2、公开号为us11821885b2的美国专利技术专利公开了模拟河道冲刷作用下底泥污染物释放的试验方法，该试样方法通过启动变速电机带动
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种易于操作、试验效率高且结果准确的一种用于泥沙起动流速试验的小型环形水槽及其布置方法。
2、本专利技术为实现上述目的所采取的技术方案为：一种用于泥沙起动流速试验的小型环形水槽，包括：环形水槽，环形水槽具有封闭的流动路径，流动路径内设有水流推动浆板和试验沙样，水流推动浆板用于提供流动路径中水体的动力，环形水槽连接有加压装置，流动路径内还设有激光浊度仪和压力流速传感器。环形水槽的流动路径中注有水体，通过水流推动浆板提供水体在流动路径内的动力，使得水体在流动路径中能循环不断地经过试验沙样，水体流动过程中，通过改变水流推动浆板的运动强度来调整水流速度，并配合激光浊度仪对流动路径中水体的浑浊度进行动态监测，以及压力流速传感器对水体的流速以及压力监测，从而观测流动路径内泥沙起动状态并获取该状态下水体的流速、压力以及泥沙起动流速，实现对泥沙是否起动作出自发性提醒，降低了该利用水槽进行试验的操作门槛，同时也提高了所获取数据的时效性，有利于专业人员对泥沙起动流速特性分析。
3、优选地，流动路径包括不少于两个的试验区域和循环区域，试验区域为矩形通道，循环区域为轴线纵向延伸的圆柱形通道，相邻的试验区域之间通过循环区域连通，每个循环区域内旋转设置有水流推动浆板，水流推动浆板的旋转轴线与其所在的圆柱形通道的轴线共线。圆柱形的循环区域为水流推动浆板提供旋转运动的空间，各个循环区域的水流推动浆板均以相同的速率和方向旋转，使得水体能够在相邻的试验区域之间实现稳定的循环流动，由于水流推动浆板的旋转轴线与圆柱形通道的轴线重合，因此当水流推动浆板旋转产生水体流动的动力时，能使水体以水平和稳定的姿态经过试验区域，从而减少使泥沙起动的实际水体流速与压力流速传感器检测所得流速的误差，提高泥沙起动试验中泥沙起动流速的真实性和准确度；
4、由于两个循环区域内的水流推动浆板保持相同旋转速度和旋转方向，在水体通过一侧的循环区域后产生流速衰减时，能够通过另一侧的循环区域及其内部的水流推动浆板对水流流速进行补偿，降低两个试验区域中水流流速差值，一方面提高泥沙在水体中的分布的均衡程度，提高激光浊度仪对水体浑浊程度动态观测的准确性，另一方面降低紊流产生可能性，减少由于流速差引起水体中存在压力差，从而提高泥沙起动时压力流速传感器对水压数据的捕捉准确程度，提高了该压力条件下泥沙起动试验的试验结果准确性。
5、优选地，水流推动浆板环绕设置且连接有轴体，轴体连接有转盘，转盘位于环形水槽下方，转盘连接有用于驱动其旋转的伺服电机。通过调节伺服电机的输出功率能够通过转盘的转速，从而调节水流推动浆板在循环区域内的转速，进而实现对流动路径中水流流速的调节，便于实现通过改变水流运动强度来获取泥沙起动流速；在单次试验获取到所需的泥沙起动数据后，关闭伺服电机，此时转盘携带的水流推动浆板停止转动，水体由于具有初始动能继续携带泥沙流动，此时水流推动浆板能够对通过循环区域的水体以及泥沙形成阻挡，从而快速地削弱水流流速，加速环形水槽中的流动的水体恢复至静止状态，一方面能够缩短多次试验之间的间隔时间，提高多次试验的试验效率，另一方面，水流推进浆板对水流降速，能够加速悬浮泥沙在流动路径中沉底，便于对已离开原试样的试样泥沙完成收集，降低了水槽的清洁难度；
6、水流推动浆板通过布设在环形水槽底部的伺服电机驱动，相较于现有技术中在水体流动路径内安装泵体，避免了试验沙样对驱动装置的破坏，降低了维护成本。
7、优选地，试验沙样、激光浊度仪和压力流速传感器均设于试验区域内。由于试验区域为矩形通道，水体在经过试验区域时流量较为均衡和平稳有助于降低激光浊度仪和压力流速传感器对水体相关数据捕捉的所获取数据的代表性。
8、优选地，试验区域底部设有可拆卸的放置容器，放置容器上端具有开口且内部填满沙样。
9、优选地，试验区域在底部具有螺孔，放置容器上部具有与螺孔适配的螺纹。放置容器通过螺纹安装于螺孔，便于试验沙样在环形水槽上的拆卸和安装，优化了试验前的准备工作和试验后的回收工作；
10、在一次试验结束后，通过旋转取出放置容器以及其内部剩余试验沙样，便于排出环形水槽内的试验水体以及在流动路径中沉底的泥沙，进一步提高了试验后对环形水槽的清洁工作的效率。
11、优选地，加压装置包括压缩设备和压缩气管，压缩设备通过压缩气管连接到环形水槽内部，压缩设备能通过压缩气管调节流动路径的内部压力。通过压缩设备改变环形水槽内部空间的压力值，从而实现环形水槽中固定水深的不同压力值，即无需逐步调整环形水槽中水体深度即可改变水体压力值，降低在到达试验水深前由于水体注入引起水体扰动导致泥沙提前起动的可能性。
12、优选地，试验区域与循环区域在衔接处设有稳流板，稳流板水平布设，稳流板有多个且沿纵向方向间隔设置。稳流板对流过的水体形成整流，使得进入试验区域的水流具有良好的水平流动特性，降低水体在高度方向上产生紊流影响泥沙起动流速的可能。
13、优选地，伺服电机在下方连接有支架，支架上设有控制终端且与伺服电机连接。控制终端用于接收电信号并控制伺服电机的输出本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于泥沙起动流速试验的小型环形水槽，包括：环形水槽（1），所述环形水槽（1）具有封闭的流动路径，所述流动路径内设有水流推动浆板（2）和试验沙样，其特征是：所述水流推动浆板（2）用于提供所述流动路径中水体的动力，所述环形水槽（1）连接有加压装置（6），所述流动路径内还设有激光浊度仪（7）和压力流速传感器（8）。
2.根据权利要求1所述的一种用于泥沙起动流速试验的小型环形水槽，其特征是：所述流动路径包括不少于两个的试验区域（101）和循环区域（102），所述试验区域（101）为矩形通道，所述循环区域（102）为轴线纵向延伸的圆柱形通道，相邻的所述试验区域（101）之间通过所述循环区域（102）连通，每个所述循环区域（102）内旋转设置有所述水流推动浆板（2），所述水流推动浆板（2）的旋转轴线与其所在的所述圆柱形通道的轴线共线。
3.根据权利要求1所述的一种用于泥沙起动流速试验的小型环形水槽，其特征是：所述水流推动浆板（2）环绕设置且连接有轴体，所述轴体连接有转盘（20），所述转盘（20）位于所述环形水槽（1）下方，所述转盘（20）连接有用于驱动其旋转的
4.根据权利要求2所述的一种用于泥沙起动流速试验的小型环形水槽，其特征是：所述试验沙样、所述激光浊度仪（7）和所述压力流速传感器（8）均设于所述试验区域（101）内。
5.根据权利要求2所述的一种用于泥沙起动流速试验的小型环形水槽，其特征是：所述试验区域（101）底部设有可拆卸的放置容器（13），所述放置容器（13）上端具有开口且内部填满所述沙样。
6.根据权利要求5所述的一种用于泥沙起动流速试验的小型环形水槽，其特征是：所述试验区域（101）在底部具有螺孔（130），所述放置容器（13）上部具有与所述螺孔（130）适配的螺纹（131）。
7.根据权利要求1所述的一种用于泥沙起动流速试验的小型环形水槽，其特征是：所述加压装置（6）包括压缩设备（60）和压缩气管（61），所述压缩设备（60）通过所述压缩气管（61）连接到所述环形水槽（1）内部，所述压缩设备（60）能通过所述压缩气管（61）调节所述流动路径的内部压力。
8.根据权利要求2所述的一种用于泥沙起动流速试验的小型环形水槽，其特征是：所述试验区域（101）与所述循环区域（102）在衔接处设有稳流板（11），所述稳流板（11）水平布设，所述稳流板（11）有多个且沿纵向方向间隔设置。
9.根据权利要求2所述的一种用于泥沙起动流速试验的小型环形水槽，其特征是：所述伺服电机（21）在下方连接有支架（3），所述支架（3）上设有控制终端（22）且与所述伺服电机（21）连接。
10.一种用于泥沙起动流速试验的小型环形水槽的布置方法，采用权利要求1所述的一种用于泥沙起动流速试验的小型环形水槽，其布置的方法在于以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种用于泥沙起动流速试验的小型环形水槽，包括：环形水槽（1），所述环形水槽（1）具有封闭的流动路径，所述流动路径内设有水流推动浆板（2）和试验沙样，其特征是：所述水流推动浆板（2）用于提供所述流动路径中水体的动力，所述环形水槽（1）连接有加压装置（6），所述流动路径内还设有激光浊度仪（7）和压力流速传感器（8）。
2.根据权利要求1所述的一种用于泥沙起动流速试验的小型环形水槽，其特征是：所述流动路径包括不少于两个的试验区域（101）和循环区域（102），所述试验区域（101）为矩形通道，所述循环区域（102）为轴线纵向延伸的圆柱形通道，相邻的所述试验区域（101）之间通过所述循环区域（102）连通，每个所述循环区域（102）内旋转设置有所述水流推动浆板（2），所述水流推动浆板（2）的旋转轴线与其所在的所述圆柱形通道的轴线共线。
3.根据权利要求1所述的一种用于泥沙起动流速试验的小型环形水槽，其特征是：所述水流推动浆板（2）环绕设置且连接有轴体，所述轴体连接有转盘（20），所述转盘（20）位于所述环形水槽（1）下方，所述转盘（20）连接有用于驱动其旋转的伺服电机（21）。
4.根据权利要求2所述的一种用于泥沙起动流速试验的小型环形水槽，其特征是：所述试验沙样、所述激光浊度仪（7）和所述压力流速传感器（8）均设于所述试验区域（101）内。
5.根据权利要求2所述的一种用于泥...
【专利技术属性】
技术研发人员：李志永，马俊峰，胡成飞，杨火其，王瑞锋，
申请(专利权)人：浙江省水利河口研究院浙江省海洋规划设计研究院，
类型：发明
国别省市：
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