一種模擬黃河泥沙污染規(guī)律的水工模型的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本發(fā)明涉及一種水工模型，特別涉及一種模擬黃河泥沙對(duì)污染物的吸附及迀移規(guī)律的水工模型，其IPC國(guó)際專利分類號(hào)E02B 1/02，屬于水利領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
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[0002]隨著水資源的日益短缺，黃河水對(duì)于黃河沿線城市、農(nóng)村的工農(nóng)業(yè)用水及居民飲用水的保障作用也日益突出，如何保證黃河水不被污染，以及一旦污染后如何盡快消除污染，對(duì)于保護(hù)黃河水質(zhì)非常重要。因此，研究黃河泥沙對(duì)于污染物的吸附及其迀移擴(kuò)散規(guī)律，已經(jīng)成為黃河治理和保護(hù)的重要課題。關(guān)于泥沙對(duì)污染物吸附解吸機(jī)理的研究，已積累了很多成果。以往進(jìn)行該項(xiàng)研究，一般是通過(guò)室內(nèi)靜態(tài)試驗(yàn)，將試驗(yàn)條件控制在影響因素很單一的情況下獲得的；也有在動(dòng)態(tài)試驗(yàn)條件下模擬泥沙對(duì)污染物迀移擴(kuò)散過(guò)程進(jìn)行科學(xué)研究的，通常用水栗作為動(dòng)力裝置，水栗的葉輪及葉輪腔內(nèi)壁需涂布耐磨蝕材料，并且挾沙水流在水栗內(nèi)的流速遠(yuǎn)大于試驗(yàn)流速，接觸水流的動(dòng)力裝置金屬材料、防腐抗磨材料大多會(huì)對(duì)污染物吸附產(chǎn)生影響，另外動(dòng)力栗處復(fù)雜的水流條件也對(duì)污染物迀移、吸附有一定影響，這些干擾，往往導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果失真，其結(jié)果用于河流污染物迀移轉(zhuǎn)化模型是不可靠的。為了模擬天然河流中泥沙對(duì)污染物的迀移擴(kuò)散過(guò)程，需要采用動(dòng)力裝置干擾小，更切合實(shí)際的動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)裝置，以保證試驗(yàn)的準(zhǔn)確性。本發(fā)明申請(qǐng)人的合作單位在之前提交的在先專利申請(qǐng)中(還沒有公開)，采用在水輪出口布設(shè)活動(dòng)壓板及穩(wěn)流板的模擬裝置，起到了非常好的效果，但是，在試驗(yàn)水流強(qiáng)度達(dá)到一定程度后，活動(dòng)壓板和穩(wěn)流板會(huì)有阻水作用，導(dǎo)致局部產(chǎn)生紊流，仍然對(duì)模擬結(jié)果帶來(lái)一定的不良影響。本發(fā)明對(duì)此進(jìn)行了進(jìn)一步的改進(jìn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0003]本發(fā)明的目的在于針對(duì)靜態(tài)試驗(yàn)中泥沙對(duì)污染物迀移轉(zhuǎn)化的過(guò)程難以達(dá)到動(dòng)態(tài)模擬或者動(dòng)態(tài)試驗(yàn)中動(dòng)力裝置的干擾這一問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種符合天然情況、原理簡(jiǎn)單的動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)水槽裝備，旨在確保研究泥沙對(duì)污染物在水中迀移轉(zhuǎn)化的影響成果的可靠性，力圖更準(zhǔn)確的了解擴(kuò)散過(guò)程和吸附、解吸反應(yīng)機(jī)理及其相互作用。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案:
[0005]—種模擬黃河泥沙污染規(guī)律的水工模型，由循環(huán)水槽、動(dòng)力裝置和取樣裝置三部分組成，所述循環(huán)水槽由有機(jī)玻璃制成，水槽寬度為0.15m，總周長(zhǎng)為10m，其中兩個(gè)直線段長(zhǎng)3.5m，彎曲段內(nèi)徑0.41m，外徑0.56m ;在循環(huán)水槽一邊的直線段設(shè)置所述的動(dòng)力裝置，在另一邊的直線段設(shè)置所述的取樣裝置；所述動(dòng)力裝置由變速電機(jī)、傳動(dòng)皮帶、水輪組成；變速電機(jī)置于鋼板上，所述鋼板通過(guò)鋼釬固定在水平地面上，變速電機(jī)和鋼板之間設(shè)置隔振墊；變速電機(jī)通過(guò)傳動(dòng)皮帶與水輪的中心軸上安裝的皮帶輪相連；水輪的轉(zhuǎn)動(dòng)半徑R與循環(huán)水槽的水深h的關(guān)系應(yīng)當(dāng)滿足6h多R多4h，葉片的長(zhǎng)度L與循環(huán)水槽的水深h的關(guān)系應(yīng)當(dāng)滿足L = h?2h，葉片偏向逆水流方向，并且與水輪徑向的夾角Θ為10° ;葉片在處于循環(huán)水槽最底部時(shí)，葉片的邊緣與循環(huán)水槽底部及循環(huán)水槽側(cè)壁的間隙為2?3mm ;在葉片上從上至下設(shè)有四排圓孔，圓孔的直徑Rl為5-7mm，圓孔在水平方向的間距為15?20mm，相鄰兩排圓孔在垂直方向的間距從上至下依次為:L1 = 3R1，L2 = 2R1，L3 = 1.5R1，處于葉片兩側(cè)和底部的圓孔與葉片的側(cè)邊及底邊的間距L4 = Rl ;
[0006]所述取樣裝置由固定裝置和取樣管組成，固定裝置固定在循環(huán)水槽上，固定裝置上平行設(shè)三根所述取樣管，取樣管均為內(nèi)徑4mm的有機(jī)玻璃管，該固定裝置上設(shè)有縱向調(diào)整螺栓和橫向調(diào)整絲杠，用來(lái)進(jìn)行縱向和橫向距離調(diào)整；取樣管的進(jìn)水口設(shè)置在同一個(gè)高度上，其進(jìn)口的高度根據(jù)具體水深通過(guò)縱向調(diào)整螺栓來(lái)實(shí)現(xiàn)，不同斷面的采樣測(cè)點(diǎn)通過(guò)橫向調(diào)整絲杠來(lái)實(shí)現(xiàn)；每根取樣管上端出口均連接一根獨(dú)立的導(dǎo)管，該導(dǎo)管為內(nèi)徑為4mm的軟管，每根軟管均延伸到循環(huán)水槽外，每根軟管末端設(shè)有一個(gè)夾子。
[0007]本發(fā)明的水工模型，發(fā)明點(diǎn)體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面:(1)在設(shè)置水力學(xué)模型時(shí)，模型各種參數(shù)的設(shè)定，對(duì)模型精確模擬真實(shí)的模擬對(duì)象，具有至關(guān)重要的作用，本發(fā)明的利用前期大量不同方案的對(duì)比實(shí)驗(yàn)研究，精確確定了水輪轉(zhuǎn)動(dòng)半徑R、葉片長(zhǎng)度L與水深h的對(duì)應(yīng)關(guān)系，以及葉片數(shù)目、葉片與水輪的徑向夾角Θ的數(shù)值、葉片邊緣與水槽側(cè)壁及水槽底部的間隙大小，保證了水流狀態(tài)與天然河流相似性。(2)葉片上設(shè)置圓孔，并通過(guò)大量試驗(yàn)對(duì)比后，對(duì)圓孔的排列方式進(jìn)行精密布置，使葉片入水、帶動(dòng)水流流動(dòng)時(shí)更平穩(wěn)，而且葉片撥動(dòng)水流產(chǎn)生的流速上大下小，更符合實(shí)際水流情況。
[0008]本發(fā)明的水工模型，能夠動(dòng)態(tài)模擬天然河流中污染物迀移轉(zhuǎn)化的過(guò)程，增進(jìn)對(duì)擴(kuò)散過(guò)程和吸附、解吸反應(yīng)機(jī)理及其相互作用的了解，因此意義巨大。
【附圖說(shuō)明】
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[0009]圖1、本發(fā)明的循環(huán)水槽的平面布置圖
[0010]圖2、本發(fā)明采用的模擬裝置的側(cè)視圖
[0011]圖3、本發(fā)明采用的模擬裝置的正視圖
[0012]圖4、本發(fā)明采用的葉片的放大示意圖
[0013]圖5、本發(fā)明取樣裝置的正面示意圖
[0014]圖中，I為動(dòng)力裝置，2為取樣裝置，3為變速電機(jī)，4為隔振墊，5為傳動(dòng)皮帶，6為中心軸，7為水輪，8為葉片，9為鋼板，10為圓孔，11為固定裝置，12為取樣管，13為夾子，14為循環(huán)水槽。
【具體實(shí)施方式】
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[0015]下面結(jié)合附圖1-5，對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)說(shuō)明。
[0016]圖1為本發(fā)明采用的試驗(yàn)循環(huán)水槽14的平面圖，由循環(huán)水槽14、動(dòng)力裝置I和取樣裝置2三部分組成，該循環(huán)水槽14由對(duì)吸附、迀移、擴(kuò)散影響的很小的有機(jī)玻璃制成，置于距地面Im的水平面上，底面根據(jù)試驗(yàn)水流條件選擇適宜的坡度，水槽寬度為0.15m，總周長(zhǎng)為10m，其中兩個(gè)直線段長(zhǎng)3.5m，彎曲段內(nèi)徑0.41m，外徑0.56m。有機(jī)玻璃循環(huán)水槽14的兩直線段是試驗(yàn)中主要的操作區(qū)，一邊設(shè)試驗(yàn)動(dòng)力裝置1，一邊設(shè)取樣裝置2。試驗(yàn)動(dòng)力裝置I由變速電機(jī)3、傳動(dòng)皮帶5、水輪7組成；為保證變速電機(jī)3運(yùn)行平穩(wěn)，變速電機(jī)3置于鋼板9上，鋼板9通過(guò)鋼釬固定在水平地面上；為減少和消除變速電機(jī)3相對(duì)于地面的振動(dòng)，變速電機(jī)3和鋼板9之間設(shè)置隔振墊4 ;變速電機(jī)3通過(guò)傳動(dòng)皮帶5與水輪7的中心軸6上安裝的皮帶輪相連。水輪7的外殼和葉片8全部統(tǒng)一采用有機(jī)玻璃制成。為保證水流狀態(tài)與天然河流相似性及試驗(yàn)水流的平順，通過(guò)不同方案實(shí)驗(yàn)比較研究發(fā)現(xiàn)，水輪7的轉(zhuǎn)動(dòng)半徑R和葉片8的長(zhǎng)度L與循環(huán)水槽14的水深h的關(guān)系應(yīng)當(dāng)滿足6h多R多4h，L =h?2h，葉片8的數(shù)目