一种模拟水流交汇区水流流动的实验系统

本发明属于河流动力学实验装置领域，特别涉及一种模拟水流交汇区水流流动的实验系统。

背景技术：

1、天然弯曲河道、人工渠道中存在大量交汇区，交汇区附近水流运动特性十分复杂，呈现其特有的水力特性。因此研究干支流交汇所形成的复杂水动力特征对弄清交汇区泥沙淤积、干流水体倒灌导致支流表层水华频发、污染物滞留等问题具有重大的现实意义。

2、近年来，粒子图像测速技术得到了较大的发展，它从速度场的角度，揭示各类复杂流动现象的流动机理，广泛的应用于各类流场的观测研究。大尺度粒子图像测速(largescale particle image velocimetry，lspiv)是一种基于图像的河流水面成像测速技术,实验室环境下的粒子图像测速(particle image velocimetry，piv)技术在大尺度现场环境下的扩展。该方法能够以可视性和稳定性较差、但分布更均匀的天然漂浮物作为水流示踪物(例如植物碎片、泡沫、细小波纹等天然水面漂浮物)，避免了示踪物对河流的污染。不仅可用于实验室环境下明渠水流紊动特性的研究，更具有野外天然河道表面流场监测的潜力。

3、在实验过程中河道的宽度、支流与干流之间的角度以及支流汇入口开口角度等变量均对水流状态有较大的影响，但是现有的实验设备无法方便改变以上参数，并且示踪粒子不好回收，容易进入到设备中造成阻滞堵塞等问题，影响实验数据的准确性。

4、在申请号为“cn2021102677929”的专利文献中，公开了一种研究异重流倒灌和干支流混掺的装置，该装置包括：透明的干流水槽、透明的支流水槽、干流水箱组件、支流水箱组件、控温组件和观测组件。干流水槽用于供干流通过。支流水槽与干流水槽连通，支流水槽用于供支流以顺坡流动的方式通过干流水槽与支流水槽的连通处流向干流水槽的下游。干流水箱组件与干流水槽连通，干流水箱组件被配置为向干流水槽输送流量可调的干流。支流水箱组件与支流水槽连通，支流水箱组件被配置为向支流水槽输送流量可调的支流。但该对比文件中的干流水槽和支流水槽只能调节流量而无法调节宽度、支流角度以及支流汇入口的开口角度，无法进行更多情况下的实验模拟。

5、以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的发明构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本技术的新颖性和创造性。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种模拟水流交汇区水流流动的实验系统，从而克服现有的河流实验装置中河道宽度以及支流汇入角等参数无法调节以及示踪粒子不易回收的缺陷。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种模拟水流交汇区水流流动的实验系统，包括干流水槽和支流水槽，所述干流水槽的一端设有干流水箱，所述干流水槽的另一端设有下游水箱，所述支流水槽的一端与所述干流水槽的侧部连通，所述支流水槽的另一端设有支流水箱，在所述下游水箱与所述干流水箱和所述支流水箱之间分别连接有回水水路，在靠近所述干流水槽的一端和靠近所述支流水槽的一端分别设有示踪粒子投放装置，所述示踪粒子投放装置包括框体，所述框体内设有振动筛；在所述下游水箱内设有可拆卸的示踪粒子收集装置，所述示踪粒子收集装置自上而下设有第一筛网和第二筛网，所述第一筛网的网孔直径大于所述第二筛网的网孔直径；所述干流水槽和所述支流水槽由直板和弯板构成，所述弯板的中部设有合页以能够使所述弯板的中部弯折；还包括电磁铁板，所述直板的侧部、所述弯板的侧部以及所述框体的侧部设有可拆卸的支脚，所述支脚的下方设有吸合部，当所述电磁铁板通电时，能够将所述吸合部吸合。

3、优选的，上述技术方案中，在所述干流水槽的两端和所述支流水槽的另一端设有可拆卸的端板，所述端板与所述直板的端面以及所述端板与所述弯板的端面之间设有密封垫，在所述端板上开设有过水口。

4、优选的，上述技术方案中，在所述过水口的侧壁设有插槽，在所述插槽内设有平顶堰板，所述平顶堰板的高度可调；在与所述下游水箱连接的所述过水口的侧部与所述干流水槽的侧壁之间设有导向板。

5、优选的，上述技术方案中，所述直板的底部设有第一密封条，所述弯板的底部设有第二密封条，所述端板的底部设有第三密封条，所述弯板的中部设有密封板，所述密封板能够将所述合页包覆，所述第二密封条和所述密封板能够弯折。

6、优选的，上述技术方案中，所述直板的底部设有第一卡槽，所述端板的底部设有第三卡槽；所述第一密封条的一端插入至所述第一卡槽内，所述第一密封条的另一端从所述第一卡槽向外露出并设有第一挤压条，所述第一挤压条的宽度大于所述第一卡槽的宽度；所述弯板由若干块分段板构成，各所述分段板之间通过所述合页连接，所述分段板的底部设有第二卡槽，所述第二密封条的一端插入至所述第二卡槽内，所述第二密封条的另一端从所述第二卡槽向外露出并设有第二挤压条，所述第二挤压条的宽度大于所述第二卡槽的宽度；所述第三密封条的一端插入至所述第三卡槽内，所述第三密封条的另一端从所述第三卡槽向外露出并设有第三挤压条，所述第三挤压条的宽度大于所述第三卡槽的宽度。

7、优选的，上述技术方案中，在所述分段板与所述合页连接的一端的端面设有第四卡槽，所述密封板的两端分别插入在一个所述第四卡槽中，靠近所述密封板的两端分别设有长腰孔，在所述分段板的内测设有锁紧螺钉，所述锁紧螺钉能够穿过所述长腰孔并贯穿所述第四卡槽的两侧，当所述锁紧螺钉拧紧时能够使所述第四卡槽将所述密封板夹紧；所述密封板的顶部和底部分别从所述分段板的顶部和底部露出并设有第四挤压条，所述第四挤压条的宽度大于所述第四卡槽的宽度。

8、优选的，上述技术方案中，所述合页的转动轴的一端从所述弯板的底部向外伸出并设有吸合盘，所述转动轴的另一端从所述弯板的顶部向外延伸并设有螺纹，在所述转动轴的另一端套有垫片并安装有螺母，当所述螺母拧紧时，所述垫片能够将所述第四挤压条向下压紧。

9、优选的，上述技术方案中，在所述干流水箱、支流水箱和下游水箱的侧部设有向外延伸的缓冲箱，所述缓冲箱的一端与所述过水口连接，所述缓冲箱靠近所述干流水箱、支流水箱和下游水箱的顶部设置。

10、优选的，上述技术方案中，所述下游水箱的顶部开设有第一箱口，所述干流水箱和所述支流水箱的顶部分别设有第二箱口，所述缓冲箱的顶部与所述第一箱口和第二箱口平齐，在靠近所述第二箱口的位置设有进水管；所述第一筛网的外周设有向上延伸的围挡，所述围挡能够与所述下游水箱的内壁贴合并位于所述缓冲箱的下方；在所述示踪粒子收集装置的侧部设有挂耳，所述挂耳的端部向所述第一筛网的上方延伸然后向所述示踪粒子收集装置的两侧弯折形成提手，所述提手能够悬挂在所述第一箱口的边沿处并设有胶柄。

11、优选的，上述技术方案中，在所述回水水路中依次连通有抽水泵、电磁阀和电磁流量计。

12、与现有的技术相比，本发明具有如下有益效果：

13、1.本发明中的模拟水流交汇区水流流动的实验系统通过示踪粒子投放装置以及示踪粒子收集装置能够对示踪粒子进行自动投放和收集，收集装置中设置有双层筛网能够使示踪粒子收集得更彻底；通过电磁铁板通电吸合固定直板和弯板拼合成干流水槽和支流水槽，从而能够改变水槽的宽度、支流水槽的角度以及汇入口的开口角度，使实验数据更全面准确。

14、2.本发明中的端板以可拆卸的方式与直板和弯板安装并且在接合部位设置有密封垫，在端板的下方、直板的下方以及弯板的下方均设置有密封条，能够在吸合时密封其底部与电磁铁板之间缝隙，在弯板的合页安装处设置有密封板使合页处形成双密封结构，各密封件能够使干流槽和支流槽的结构具有更好的密封性。

15、3.本发明中的第一密封条、第二密封条、第三密封条以及密封板的两端均设置有挤压条，挤压条的宽度大于各卡槽的宽度，当电磁铁吸合时，挤压条受到挤压产生形变，使其密封更好；密封板的顶部和底部分别设置有一根第四挤压条，还能够起到在第四卡槽内安装密封板时固定密封板的作用。

16、4.本发明中的合页的转动轴的底部设置有吸合盘，顶部向外露出并设置有外螺纹，吸合盘能够与通电的电磁铁板相互吸合，当螺母拧紧时，能够使垫片向下压紧，从而保证弯板弯折处的密封性有所保证。

17、5.本发明中的缓冲箱的设置能够使干流水槽和支流水槽中的进水压力更加柔和稳定，并且平顶堰板可调节高度，从而改变水槽内液面的高度。

18、6.本发明中的示踪粒子收集装置两侧的设置有挂耳，挂耳的端部与提手结构相互结合，使其既有悬挂的作用又有辅助提拉的作用；围挡既能够消除示踪粒子收集装置与下游水箱内壁之间的间隙，又能够形成一个凹槽结构能够更好的收集示踪粒子，防止水流下落至第一筛网上时将示踪粒子溅到外部。