河床推移質垂直斷面分選模型試驗裝置及其使用方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了河床推移質垂直斷面分選模型試驗裝置及其使用方法，該裝置包括頂部開口的長方體外置水槽，外置水槽內(nèi)設置有內(nèi)置水槽，外置水槽底部設置有長支架和短支架，長支架與短支架上方設置有傳送帶，傳送帶上方放置有內(nèi)置水槽，長方體內(nèi)置水槽內(nèi)部設置有若干個2～3種粒徑不一致的透明玻璃球；外置水槽頂部設置有入水口底部設置有出水口，內(nèi)置水槽頂部設置有穿過外置水槽側壁的內(nèi)置水槽入水口；外置水槽側面設置有激光儀和反光鏡另一側面設置有可對激光儀掃描面進行定時、定頻率拍照的自動數(shù)碼相機。本發(fā)明解決了常規(guī)室內(nèi)長水槽進行推移質垂直斷面分選試驗裝置中，由于受室內(nèi)水槽的長度限制而不能進行長時間尺度推移質運動模擬的問題。
【專利說明】
河床推移質垂直斷面分選模型試驗裝置及其使用方法
技術領域
[0001 ]本發(fā)明屬于河流動力學及推移質運動基礎研究領域，特別涉及河床推移質垂直斷面分選模型試驗裝置及其使用方法。主要適用于河流推移質等顆粒分選試驗等技術領域，并可擴展至其他固-液兩相流的顆粒分選研究領域。
【背景技術】
[0002]在河流動力學研究領域，河床斷面垂直分布特征是河流泥沙運動理論、河床形態(tài)研究、河道工程施工設計的重要基礎和核心要素。河床推移質垂直分選模型試驗是了解與掌握河道中河床垂直斷面特征的最有效、且最重要的手段之一；目前常規(guī)的推移質垂直斷面分選試驗裝置往往是通過室內(nèi)長水槽試驗來實現(xiàn)的。由于受室內(nèi)水槽的長度限制，常規(guī)的水槽試驗裝置僅能模擬瞬間或短時間內(nèi)的推移質運動后的斷面分布特征，無法有效模擬推移質在河道中長時間運動的垂直斷面變化特征，并且無法進行實時的全斷面觀測，不能進行長時間尺度推移質運動模擬。因此，尋求一種可視化的河床推移質長期運動過程中垂直斷面分選的模型試驗裝置，是工程技術人員努力追求的方向，也是對推移質運動規(guī)律和河床斷面成形過程研究的必要條件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]發(fā)明目的:為了克服現(xiàn)有技術中存在的不足，本發(fā)明提供一種河床推移質垂直斷面分選模型試驗裝置及其使用方法，解決了常規(guī)室內(nèi)長水槽進行推移質垂直斷面分選試驗裝置中，由于受室內(nèi)水槽的長度限制而不能進行長時間尺度推移質運動模擬的問題。
[0004]技術方案:為解決上述技術問題，本發(fā)明包括頂部開口的長方體外置水槽，長方體外置水槽內(nèi)設置有頂部開口的長方體內(nèi)置水槽，長方體外置水槽底部設置有長支架和短支架，長支架與短支架上方設置有通過兩個傳送帶轉軸控制的傳送帶，傳送帶上方放置有頂部開口的長方體內(nèi)置水槽，長方體內(nèi)置水槽內(nèi)部設置有若干個2?3種粒徑不一致的透明玻璃球;外置水槽頂部設置有帶閥門的入水口底部設置有帶閥門的出水口，內(nèi)置水槽頂部設置有穿過外置水槽側壁的內(nèi)置水槽入水口，內(nèi)置水槽入水口通過閥門控制；外置水槽相對較寬的側面設置有激光儀相對較窄的側面設置有可對激光儀掃描面進行定時、定頻率拍照的自動數(shù)碼相機，激光儀同側設置有調整激光儀掃描玻璃球垂向斷面的反光鏡。本發(fā)明利用轉動傳送帶與靜止水流的相對運動原理，反向模擬靜態(tài)河床與動態(tài)水流運動中推移質顆粒相互作用關系，及其與時間尺度相關的顆粒垂直斷面變化規(guī)律，提供一種基于河床與水流相對運動原理的室內(nèi)河床推移質分選可視化模型試驗裝置，以觀測河床推移質長時間尺度的垂直斷面中不同粒徑顆粒垂直分布特性。通過利用內(nèi)外相嵌水槽、傳送帶、支架與升降閥、激光儀、自動數(shù)碼相機組成的模型試驗裝置，可視化的、實時監(jiān)測河床推移質垂直斷面不同粒徑顆粒相互作用及時間尺度分布規(guī)律。
[0005]進一步的，所述長支架上設置有可調節(jié)長支架高度的升降閥。通過升降閥可以自由調節(jié)上支架的高度，從而進一步調整傳送帶即內(nèi)置水槽與外置水槽底面所成角度，因此能夠更好的模擬真實環(huán)境中河床推移質的運動過程。
[0006]進一步的，所述外置水槽和內(nèi)置水槽均為透明有機玻璃或透明鋼化玻璃制成，外置水槽寬度為35cm?45cm、長度為150cm?200cm、高度為80?120cm、壁厚為I cm?2cm，外置水槽相對較窄的側壁上方設置有通過閥門控制的入水口，入水口對面?zhèn)缺诘撞吭O置有通過閥門控制的出水口 ；內(nèi)置水槽寬度為15cm?25cm、長度為10cm?150cm、高度為30?40cm、壁厚為I cm?2cm，其中一端內(nèi)置水槽側壁與外置水槽側壁之間的間距為20cm?30cm，另一端內(nèi)置水槽側壁與外置水槽側壁之間的間距為1cm?15cm，內(nèi)置水槽底部與傳送帶上平面相接且非密封。通過在內(nèi)置水槽與外置水槽之間設置一定的間距值不僅能夠防止在實驗過程中內(nèi)置水槽與外置水槽接觸，更能夠模擬現(xiàn)實環(huán)境中河床底部推移質的相對運動。所述入水口和出水口為塑膠或鋁制材料制成，直徑為4cm?6cm，入水口和出水口在閥門處安裝流速計，內(nèi)置水槽和外置水槽的設計進水流速為O?0.lm3/s，外置水槽出水流速為O?
0.2m3/s。通過流量計來控制水流流速，更好的還原實際生活中河床的水流流動形態(tài)，使得實驗的真實性更高，獲得的實驗數(shù)據(jù)更具有參考價值更精準。
[0007]進一步的，所述透明玻璃球為透明有機玻璃制成，直徑范圍為Imm?20mm的球形。
[0008]進一步的，所述傳送帶為鋁或塑膠材料制成，所述傳送帶轉軸為不銹鋼或鋁材料制成，傳送帶轉軸直徑為1cm?20cm，兩轉軸圓心間距與內(nèi)置水槽長度相同為10cm?150cm，傳送帶轉軸通過3kW?6kW的電動機帶動，所述電動機置于傳送帶兩平面之間或傳送帶轉軸內(nèi)部并通過防水電線接電壓為220V的外部電源。
[0009]進一步的，所述長支架與短支架為招或不銹鋼材料制成的4cm?7cm的圓柱體或長為4cm?7cm、寬為4cm?7cm的長方體，短支架高度固定為20cm?30cm，長支架上設置升降閥并通過升降閥來調整內(nèi)置水槽傾斜角度，長支架高度調整范圍為20cm?10cm0
[0010]進一步的，所述自動數(shù)碼相機，固定于外置水槽相對較窄側面外部且鏡頭垂直于激光掃描面，拍攝頻率為每分鐘拍攝四張至每五分鐘拍攝一張，拍攝定時為5?2880分鐘，自動數(shù)碼相機與計算機存儲器連接，可自動存儲拍攝數(shù)據(jù)至計算機。
[0011]進一步的，上述所述河床推移質垂直斷面分選模型試驗裝置的使用方法，包括以下步驟:
[0012]步驟一:以內(nèi)置水槽和傳送帶的形狀和尺寸為依據(jù)，結合推移質實際比例縮放，預制Imm?5mm粒徑的透明玻璃球，并選定2?3種透明玻璃球粒徑作為模擬推移質材料；
[0013]步驟二:將長支架與短支架固定于外置水槽底部，將傳送帶和內(nèi)置水槽安置在長支架與短支架上;調節(jié)長支架上的升降閥使得長支架的高度發(fā)生變化從而使得傳送帶和內(nèi)置水槽的傾斜角度達到指定角度，其中內(nèi)置水槽傾斜角度調整范圍為O?15°;
[0014]步驟三:將選定的2?3種粒徑的透明玻璃球放入內(nèi)置水槽中；
[0015]步驟四:在外置水槽一側設置激光儀和反光鏡，另一側設置自動數(shù)碼相機，并調節(jié)激光儀、反光鏡和自動數(shù)碼相機的相對位置，使得自動數(shù)碼相機能夠拍攝到透明玻璃球截面；
[0016]步驟五:打開外置水槽的入水口閥門進行注水，使得內(nèi)置水槽整個浸入水中；
[0017]步驟六:打開激光儀和自動數(shù)碼相機，調整自動數(shù)碼相機的拍攝頻率為每分鐘拍攝4張至每5分鐘拍攝一張，定時為5?2880分鐘；
[0018]步驟七:將傳送帶接入電源，打開傳送帶開關后同時打開內(nèi)置水槽入水口，內(nèi)置水槽入水口進水流速O?0.1mVs，，調節(jié)傳送帶轉軸的轉動速度，控制傳送帶轉軸的轉動速度范圍為0.5m/s?5m/s;當模擬流速超過5m/s時，調節(jié)外置水槽出水口閥門，使外置水槽內(nèi)的水位保持不變；
[0019]步驟八:基于觀測拍攝到的圖像信息，利用圖像處理軟件獲得河床推移質垂直斷面不同粒徑顆粒相互作用，及其隨時間變化的分布特征。
[0020]其中，步驟四的具體步驟為:在外置水槽相對較寬側面布置激光儀和反光鏡，調整激光儀和反光鏡放置的角度和位置，使激光儀的掃描面為內(nèi)置水槽內(nèi)部的透明玻璃球截面;在外置水槽相對較窄側面外側布置自動數(shù)碼相機，調整自動數(shù)碼相機支架高度和相機角度，使其鏡頭垂直于激光儀掃描面。
[0021 ]本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，具有如下有益效果:
[0022]1、利用轉動傳送帶與靜止水流的相對運動原理，反向模擬靜態(tài)河床與動態(tài)水流運動中推移質顆粒相互作用關系，及其與時間尺度相關的顆粒垂直斷面變化規(guī)律，提供一種基于河床與水流相對運動原理的室內(nèi)河床推移質分選可視化模型試驗裝置，以觀測河床推移質長時間尺度的垂直斷面中不同粒徑顆粒垂直分布特性。通過利用內(nèi)外相嵌水槽、傳送帶、支架與升降閥、激光儀、自動數(shù)碼相機組成的模型試驗裝置，可視化的、實時監(jiān)測河床推移質垂直斷面不同粒徑顆粒相互作用及時間尺度分布規(guī)律。
[0023]2、本發(fā)明可以可視化模擬不同粒徑推移質，在河道中長時間運動的顆粒垂直方向分選運動特征，有效模擬推移質在河道中長時間運動的顆粒垂直斷面變化特征，并進行實時觀測；對研究河床垂直斷面顆粒分布特征，指導相關工程設計具有重要的參考價值。同時，試驗裝置操作簡單，易于實現(xiàn)。
[0024]3、通過在上支架上設置升降閥可以自由調節(jié)上支架的高度，從而進一步調整傳送帶即內(nèi)置水槽與外置水槽底面所成角度，因此能夠更好的模擬真實環(huán)境中河床推移質的運動過程。
[0025]4、通過在內(nèi)置水槽與外置水槽之間設置一定的間距值不僅能夠防止在實驗過程中內(nèi)置水槽與外置水槽接觸，更能夠模擬現(xiàn)實環(huán)境中河床底部推移質的相對運動。
[0026]5、在進水口和出水口處設置流量計，通過流量計來控制水流流速，更好的還原實際生活中河床的水流流動形態(tài)，使得實驗的真實性更高，獲得的實驗數(shù)據(jù)更具有參考價值更精準。
【附圖說明】
[0027]圖1是本發(fā)明試驗裝置的結構示意圖；
[0028]圖2是本發(fā)明試驗裝置的俯視圖。
[0029]1、外置水槽，2、內(nèi)置水槽，3、透明玻璃球，4、自動數(shù)碼相機，5、傳送帶轉軸，6、出水口，7、短支架，8、反光鏡，9、激光儀，1、長支架，11、升降閥，12、內(nèi)置水槽入水口，13、電源連接線，14、入水口，15、傳送帶。
【具體實施方式】
[0030]下面結合附圖對本發(fā)明專利作更進一步的說明。
[0031]實施例1:不同河床坡度下的推移質分選規(guī)律試驗研究
[0032]以內(nèi)置水槽2和傳送帶15的形狀和尺寸為依據(jù)，結合推移質實際比例縮放，選定兩種透明玻璃球3粒徑規(guī)格，透明玻璃球3直徑分別為1.5mm和4mm，并預制透明玻璃球3。預制外置水槽I，外置水槽I為材料是透明鋼化玻璃的下部封口、上部開口的長方體，寬度為35cm、長度為150cm、高度為80cm、壁厚為1.5cm。預制內(nèi)置水槽2，其材料為透明鋼化玻璃，其寬度為15cm、長度為100cm、高度為30cm、壁厚為Icm的上部開口的長方體。預制鋁制的圓柱體傳送帶長支架10和短支架7，其截面直徑為4cm，短支架高度固定為20cm，長支架10高度調整范圍為20 cm?80 cm。長支架10上設置有可調節(jié)長支架10高度的升降閥11。通過升降閥11可以自由調節(jié)上支架10的高度，從而進一步調整傳送帶15即內(nèi)置水槽2與外置水槽I底面所成角度，因此能夠更好的模擬真實環(huán)境中河床推移質的運動過程。組裝傳送帶15，傳送帶15表面履帶材料為塑膠平面，傳送帶轉軸5材料為鋁，傳送帶轉軸5直徑為10cm，傳送帶轉軸5圓心間距與內(nèi)置水槽2長度相同為100cm，動力裝置為額定功率為5kW的電動機，并置于上側傳送帶轉軸5內(nèi)部，再通過電源連接線13接電壓為220V的外部電源。
[0033]將傳送帶長支架10和短支架7固定于外置水槽I底部，組裝傳送帶15和內(nèi)置水槽2，并安置在長支架10和短支架7上，安裝過程中應注意內(nèi)置水槽2和外置水槽I兩窄側壁兩端各設置25cm間距，寬側壁兩端各設置1cm間距。第一組試驗固定長支架高度為25cm，并根據(jù)長支架10和短支架7高度差和傳送帶15長度計算內(nèi)置水槽2傾斜角。在外置水槽I寬側面布置激光儀9，調整激光儀9角度和位置，使其掃描內(nèi)置水槽2尾側的透明玻璃球3的斷面;在外置水槽I窄側面布置自動數(shù)碼相機4，調整自動數(shù)碼相機4的高度和角度，鏡頭垂直于激光儀9掃描面。將預制好的透明玻璃球3放入內(nèi)置水槽2內(nèi)，打開外置水槽入水口 14及其閥門進行注水，使外置水槽I內(nèi)水位應漫過內(nèi)置水槽2頂部高度。將傳送帶15接入電源，打開傳送帶15開關，調節(jié)傳送帶15轉動速度，速度控制為2m/s。打開激光儀9和自動數(shù)碼相機4，激光儀9掃描內(nèi)置水槽2尾部斷面，自動數(shù)碼相機4拍攝頻率為每分鐘拍攝I張，相機拍攝定時為30分鐘。觀測河床推移質垂直斷面不同粒徑顆粒相互作用和隨時間變化的分布特征。拍攝時間結束后，關閉激光儀9、自動數(shù)碼相機4和傳送帶15，打開外置水槽出水口 6將水排出。
[0034]第二組試驗，調整傳送帶15長支架高度至30cm，并根據(jù)兩支架高度差和傳送帶15長度計算內(nèi)置水槽2的傾斜角。激光儀9和自動數(shù)碼相機4的位置均保持不變。將兩種粒徑的透明玻璃球3取出充分混合后重新放入內(nèi)置水槽2。利用水栗將暫存于水箱中的水通過外置水槽入水口 12重新引入外置水槽I中，并保持外置水槽I水位與第一組試驗相同。打開激光儀9及自動數(shù)碼相機4，將傳送帶15接入電源，打開傳送帶15開關，調節(jié)傳送帶15轉動速度，速度控制為2m/s ο打開激光儀9和自動數(shù)碼相機4，激光儀9掃描內(nèi)置水槽2尾部斷面，自動數(shù)碼相機4拍攝頻率為每分鐘拍攝I張，自動數(shù)碼相機4拍攝定時為30分鐘。拍攝時間結束后，關閉激光儀9、自動數(shù)碼相機4和傳送帶15，打開外置水槽出水口 6，將水排出。
[0035]第三組至第^^一組試驗，分別調整傳送帶長支架高度至35011、40011、45011、50011、55cm、60cm、65cm、70cm、75cm，其他同第二組試驗。
[0036]實施例2:河床推移質時間尺度分選規(guī)律試驗研究
[0037]以內(nèi)置水槽2和傳送帶15的形狀和尺寸為依據(jù)，結合推移質實際比例縮放，選定2種透明玻璃球3粒徑規(guī)格，透明玻璃球3直徑分別為Imm和5mm，并預制透明玻璃球3。預制外置水槽I，外置水槽I材料是透明有機玻璃或透明鋼化玻璃(本實施例為透明鋼化玻璃)的下部封口、上部開口的長方體，寬度為45cm、長度為200cm、高度為100cm、壁厚為2cm。預制內(nèi)置水槽2，其材料為透明鋼化玻璃，寬度為25cm、長度為150cm、高度為35cm、壁厚為Icm的上部開口的長方體。預制鋁制圓柱體傳送帶長支架10和短支架7，截面直徑為5cm，短支架高度固定為20cm，長支架高度調整范圍為20cm?80cm。購置并組裝傳送帶15，其表面履帶材料為塑膠，傳送帶轉軸5材料為鋁，傳送帶轉軸5直徑為15cm，兩傳送帶轉軸5圓心間距與內(nèi)置水槽2長度相同為150cm，動力裝置為額定功率為6kW的電動機，可置于上側傳送帶轉軸5內(nèi)部，并通過電源連接線13接電壓為220V的外部電源。
[0038]將傳送帶長支架10和短支架7固定于外置水槽I底部，組裝傳送帶15和內(nèi)置水槽2，并安置在傳送帶長支架10和短支架7上，安裝過程中應注意內(nèi)置水槽2和外置水槽I兩窄側壁兩端各設置25cm間距，寬側壁兩端各設置1cm間距。將長支架高度固定為45cm，并根據(jù)兩長支架10和短支架7高度差和傳送帶15長度計算內(nèi)置水槽2的傾斜角。在外置水槽I寬側面布置激光儀9，調整激光儀9角度和位置，使其掃描內(nèi)置水槽2尾側的透明玻璃球3斷面;在外置水槽I窄側面布置自動數(shù)碼相機4，調整自動數(shù)碼相機4的高度和角度，鏡頭垂直于激光儀9掃描面。將預制好的透明玻璃球3放入內(nèi)置水槽2內(nèi)，打開外置水槽入水口 14及其閥門進行注水，使外置水槽I內(nèi)水位漫過內(nèi)置水槽2頂部高度。將傳送帶15接入電源，打開傳送帶15開關，調節(jié)傳送帶15轉動速度，速度控制為3m/s ο打開激光儀9和自動數(shù)碼相機4，激光儀9掃描內(nèi)置水槽2尾部斷面，自動數(shù)碼相機4拍攝頻率為每分鐘拍攝3張，自動數(shù)碼相機4拍攝定時為48小時。觀測河床推移質垂直斷面不同粒徑顆粒隨時間變化的分布特征。拍攝時間結束后，關閉激光儀9、自動數(shù)碼相機4和傳送帶15，打開外置水槽出水口6，將水排出。
[0039]實施例3:山洪中推移質分選模型試驗研究
[0040]以內(nèi)置水槽2和傳送帶15的形狀和尺寸為依據(jù)，結合推移質實際比例縮放，選定2種透明玻璃球3粒徑規(guī)格，透明玻璃球3直徑分別為1.5mm和4mm，并預制透明玻璃球3。預制外置水槽I，外置水槽I為材料是透明鋼化玻璃的下部封口、上部開口的長方體，寬度為35cm、長度為150cm、高度為80cm、壁厚為1.5cm。預制內(nèi)置水槽2，其材料為透明鋼化玻璃，寬度為15cm、長度為100cm、高度為30cm、壁厚為Icm的上部開口的長方體。預制招制圓柱體傳送帶長支架10和短支架7，其截面直徑4cm，短支架高度固定為20cm，長支架高度調整范圍為20cm?80cm。購置并組裝傳送帶15，履帶材料為塑膠平面，傳送帶轉軸5材料為鋁，傳送帶轉軸5直徑為10cm，兩傳送帶轉軸5圓心間距與內(nèi)置水槽2長度相同為100cm，動力裝置為額定功率為5kW的電動機，可置于上側傳送帶轉軸5內(nèi)部，并通過電源連接線13接電壓為220V的外部電源。
[0041]將傳送帶長支架10和短支架7固定于外置水槽I底部，組裝傳送帶15和內(nèi)置水槽2，并安置在傳送帶長支架10和短支架7上，安裝過程中應注意內(nèi)置水槽2和外置水槽I兩窄側壁兩端各設置25cm間距，寬側壁兩端各設置1cm間距。將長支架高度固定為65cm，并根據(jù)兩支架高度差和傳送帶15長度計算內(nèi)置水槽2的傾斜角。在外置水槽I寬側面布置激光儀9，調整激光儀9角度和位置，使其掃描內(nèi)置水槽2尾側的透明玻璃球3斷面;在外置水槽I窄側面自動數(shù)碼相機4，調整自動數(shù)碼相機4的高度和角度，鏡頭垂直于激光儀9掃描面。將預制好的透明玻璃球3放入內(nèi)置水槽2內(nèi)，打開外置水槽入水口 14及其閥門進行注水，使外置水槽I內(nèi)水位漫過內(nèi)置水槽2頂部高度。將傳送帶15接入電源，打開傳送帶15開關，調節(jié)傳送帶15轉動速度，速度控制為5m/s ο打開內(nèi)置水槽2入水口，該入水口進水流速0.05m3/s，調節(jié)外置水槽出水口閥門13，使外置水槽I內(nèi)的水位保持不變。打開激光儀9和自動數(shù)碼相機4，激光儀9掃描內(nèi)置水槽2尾部斷面，自動數(shù)碼相機4拍攝頻率為每分鐘拍攝4張?每5分鐘拍攝一張(本實施例為I張/分鐘)，自動數(shù)碼相機4拍攝定時為48分鐘。觀測河床推移質垂直斷面不同粒徑顆粒相互作用和隨時間變化的分布特征。拍攝時間結束后，關閉激光儀9、自動數(shù)碼相機4和傳送帶15，打開外置水槽出水口 6，將水排出。
[0042]實施例4:河床推移質全斷面分選模型試驗研究
[0043]以內(nèi)置水槽2和傳送帶15的形狀和尺寸為依據(jù)，結合推移質實際比例縮放，選定2種透明玻璃球3粒徑規(guī)格，透明玻璃球3直徑分別為Imm和5mm，并預制透明玻璃球3。預制外置水槽I，外置水槽I材料是透明有機玻璃或透明鋼化玻璃(本實施例為透明鋼化玻璃)的下部封口、上部開口的長方體，寬度為45cm、長度為200cm、高度為100cm、壁厚為2cm。預制內(nèi)置水槽2，其材料為透明鋼化玻璃，寬度為25cm、長度為150cm、高度為35cm、壁厚為Icm的上部開口的長方體。預制鋁制圓柱體傳送帶長支架10和短支架7，其截面直徑5cm，其短支架高度固定為20cm，長支架高度調整范圍為20cm?80cm。購置并組裝傳送帶15，其履帶材料為塑膠平面，傳送帶轉軸5材料為鋁，傳送帶轉軸5直徑為15cm，其兩傳送帶轉軸5圓心間距與內(nèi)置水槽2長度相同為150cm，動力裝置為額定功率為6kW的電動機，可置于履帶兩平面之間或傳送帶轉軸5內(nèi)部，并通過電源連接線13接電壓為220V的外部電源。
[0044]將傳送帶長支架10和短支架7固定于外置水槽I底部，組裝傳送帶15和內(nèi)置水槽2，并安置在傳送帶長支架10和短支架7上，安裝過程中應注意內(nèi)置水槽2和外置水槽I兩窄側壁兩端各設置25cm間距，寬側壁兩端各設置1cm間距。將長支架高度固定為40cm，并根據(jù)兩支架高度差和傳送帶長度計算內(nèi)置水槽2的傾斜角。在外置水槽I寬側面布置激光儀9，調整激光儀9角度和位置，第一組試驗中，調整激光儀9掃描面為內(nèi)置水槽2最尾側斷面;在外置水槽I窄側面布置自動數(shù)碼相機4，調整自動數(shù)碼相機4的高度和角度，鏡頭垂直于激光儀9掃描面。將預制好的透明玻璃球3放入內(nèi)置水槽2內(nèi)，打開外置水槽入水口 12閥門進行注水，使外置水槽I內(nèi)水位漫過內(nèi)置水槽2頂部高度。將傳送帶15接入電源，打開傳送帶15開關，調節(jié)傳送帶15轉動速度，速度控制范圍可為3m/s ο打開激光儀9和自動數(shù)碼相機4，激光儀9掃描內(nèi)置水槽2尾部斷面，自動數(shù)碼相機4拍攝頻率為每分鐘拍攝2張，自動數(shù)碼相機4拍攝定時為48小時。觀測河床推移質垂直斷面不同粒徑顆粒隨時間變化的分布特征。拍攝時間結束后，關閉激光儀9、自動數(shù)碼相機4和傳送帶15。
[0045]第二組試驗，上移激光儀9掃描面，調整自動數(shù)碼相機4的高度和角度，鏡頭垂直于激光儀9掃描面。將兩種粒徑的透明玻璃球3取出充分混合后重新放入內(nèi)置水槽2。打開激光儀9及自動數(shù)碼相機4，將傳送帶15接入電源，打開傳送帶15開關，調節(jié)傳送帶15轉動速度，速度控制為3m/s。打開激光儀9和自動數(shù)碼相機4，調整反光鏡8的位置，使得激光儀9掃描內(nèi)置水槽2尾部斷面，自動數(shù)碼相機4拍攝頻率為每分鐘拍攝4張?每5分鐘拍攝一張(本實施例為3張/分鐘)，自動數(shù)碼相機4拍攝定時為48小時。觀測河床推移質垂直斷面不同粒徑顆粒隨時間變化的分布特征。拍攝時間結束后，關閉激光儀9、自動數(shù)碼相機4和傳送帶15。
[0046]第三至五組試驗，依次上移激光儀9掃描面，其他步驟與第二組試驗相同。
[0047]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出:對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。
【主權項】
1.河床推移質垂直斷面分選模型試驗裝置，包括頂部開口的長方體外置水槽，其特征在于:長方體外置水槽內(nèi)設置有頂部開口的長方體內(nèi)置水槽，長方體外置水槽底部設置有長支架和短支架，長支架與短支架上方設置有通過兩個傳送帶轉軸控制的傳送帶，傳送帶上方放置有頂部開口的長方體內(nèi)置水槽，長方體內(nèi)置水槽內(nèi)部設置有若干個2?3種粒徑不一致的透明玻璃球;外置水槽頂部設置有帶閥門的入水口底部設置有帶閥門的出水口，內(nèi)置水槽頂部設置有穿過外置水槽側壁的內(nèi)置水槽入水口，內(nèi)置水槽入水口通過閥門控制；外置水槽相對較寬的側面設置有激光儀相對較窄的側面設置有可對激光儀掃描面進行定時、定頻率拍照的自動數(shù)碼相機，激光儀同側設置有調整激光儀掃描玻璃球垂向斷面的反光鏡。2.根據(jù)權利要求1所述的河床推移質垂直斷面分選模型試驗裝置，其特征在于:所述長支架上設置有可調節(jié)長支架高度的升降閥。3.根據(jù)權利要求1所述的河床推移質垂直斷面分選模型試驗裝置，其特征在于:所述外置水槽和內(nèi)置水槽均為透明有機玻璃或透明鋼化玻璃制成，外置水槽寬度為35cm?45cm、長度為150cm?200cm、高度為80?120cm、壁厚為Icm?2cm，外置水槽相對較窄的側壁上方設置有通過閥門控制的入水口，入水口對面?zhèn)缺诘撞吭O置有通過閥門控制的出水口；內(nèi)置水槽寬度為15 cm?25 cm、長度為I OOcm?150cm、高度為30?40 cm、壁厚為I cm?2cm，其中一端內(nèi)置水槽側壁與外置水槽側壁之間的間距為20cm?30cm，另一端內(nèi)置水槽側壁與外置水槽側壁之間的間距為1cm?15cm，內(nèi)置水槽底部與傳送帶上平面相接且非密封;所述入水口和出水口為塑膠或鋁制材料制成，直徑為4cm?6cm，入水口和出水口在閥門處安裝流速計，內(nèi)置水槽和外置水槽的設計進水流速為O?0.lm3/s，外置水槽出水流速為O?0.2m3/s。4.根據(jù)權利要求1所述的河床推移質垂直斷面分選模型試驗裝置，其特征在于:所述透明玻璃球為透明有機玻璃制成，直徑范圍為Imm?20mm的球形。5.根據(jù)權利要求1所述的河床推移質垂直斷面分選模型試驗裝置，其特征在于:所述傳送帶為鋁或塑膠材料制成，所述傳送帶轉軸為不銹鋼或鋁材料制成，傳送帶轉軸直徑為1cm?20cm，兩轉軸圓心間距與內(nèi)置水槽長度相同為10cm?150cm，傳送帶轉軸通過3kW?6kW的電動機帶動，所述電動機置于傳送帶兩平面之間或傳送帶轉軸內(nèi)部并通過防水電線接電壓為220V的外部電源。6.根據(jù)權利要求2所述的河床推移質垂直斷面分選模型試驗裝置，其特征在于:所述長支架與短支架為招或不銹鋼材料制成的4cm?7cm的圓柱體或長為4cm?7cm、寬為4cm?7cm的長方體，短支架高度固定為20cm?30cm，長支架上設置升降閥并通過升降閥來調整內(nèi)置水槽傾斜角度，長支架高度調整范圍為20cm?10cm07.根據(jù)權利要求1所述的河床推移質垂直斷面分選模型試驗裝置，其特征在于:所述自動數(shù)碼相機，固定于外置水槽相對較窄側面外部且鏡頭垂直于激光掃描面，拍攝頻率為每分鐘拍攝四張至每五分鐘拍攝一張，拍攝定時為5?2880分鐘，自動數(shù)碼相機與計算機存儲器連接，可自動存儲拍攝數(shù)據(jù)至計算機。8.如權利要求1-7之一所述的河床推移質垂直斷面分選模型試驗裝置的使用方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟一:以內(nèi)置水槽和傳送帶的形狀和尺寸為依據(jù)，結合推移質實際比例縮放，預制Imm?5mm粒徑的透明玻璃球，并選定2?3種透明玻璃球粒徑作為模擬推移質材料； 步驟二:將長支架與短支架固定于外置水槽底部，將傳送帶和內(nèi)置水槽安置在長支架與短支架上;調節(jié)長支架上的升降閥使得長支架的高度發(fā)生變化從而使得傳送帶和內(nèi)置水槽的傾斜角度達到指定角度，其中內(nèi)置水槽傾斜角度調整范圍為O?15°; 步驟三:將選定的2?3種粒徑的透明玻璃球放入內(nèi)置水槽中； 步驟四:在外置水槽一側設置激光儀和反光鏡，另一側設置自動數(shù)碼相機，并調節(jié)激光儀、反光鏡和自動數(shù)碼相機的相對位置，使得自動數(shù)碼相機能夠拍攝到透明玻璃球截面；步驟五:打開外置水槽的入水口閥門進行注水，使得內(nèi)置水槽整個浸入水中； 步驟六:打開激光儀和自動數(shù)碼相機，調整自動數(shù)碼相機的拍攝頻率為每分鐘拍攝4張至每5分鐘拍攝一張，定時為5?2880分鐘； 步驟七:將傳送帶接入電源，打開傳送帶開關后同時打開內(nèi)置水槽入水口，內(nèi)置水槽入水口進水流速O?0.lm3/s，，調節(jié)傳送帶轉軸的轉動速度，控制傳送帶轉軸的轉動速度范圍為0.5m/s?5m/s ；當模擬流速超過5m/s時，調節(jié)外置水槽出水口閥門，使外置水槽內(nèi)的水位保持不變； 步驟八:基于觀測拍攝到的圖像信息，利用圖像處理軟件獲得河床推移質垂直斷面不同粒徑顆粒相互作用，及其隨時間變化的分布特征。9.根據(jù)權利要求8所述的河床推移質垂直斷面分選模型試驗裝置的使用方法，其特征在于:所述步驟四的具體步驟為:在外置水槽相對較寬側面布置激光儀和反光鏡，調整激光儀和反光鏡放置的角度和位置，使激光儀的掃描面為內(nèi)置水槽內(nèi)部的透明玻璃球截面;在外置水槽相對較窄側面外側布置自動數(shù)碼相機，調整自動數(shù)碼相機支架高度和相機角度，使其鏡頭垂直于激光儀掃描面。
【文檔編號】G01M10/00GK105841920SQ201610170503
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年3月23日
【發(fā)明人】孟珍珠, 孔綱強, 李春紅, 孫學謹
【申請人】河海大學