本發(fā)明屬于流體力學實驗儀器領(lǐng)域，特別涉及一種多功能高流速的智能明渠實驗系統(tǒng)，適用于明渠水槽中獲取不同斷面尺寸及更大流速范圍內(nèi)的層流、紊流流態(tài)，流速及流量測量，同時還可根據(jù)需求選擇是否更新水源及擴大流量。

背景技術(shù)：

水流運動是一種非常復雜的自然現(xiàn)象，對于各種作用力存在的情況和它們發(fā)展的規(guī)律，至今還沒能很好掌握，水工模型試驗就是仿照原體實物，按照相似的準則，縮制成模型，根據(jù)其所受的主要作用力，進行實驗研究。水工模型試驗中，為配合整體樞紐布置或研究某些二元水流問題，需建置明渠實驗槽，借助于明渠實驗槽觀測水流流態(tài)，描繪或攝錄實驗過程中各種水流現(xiàn)象。然而現(xiàn)在相對傳統(tǒng)比較新穎的一種具備教學效果流量數(shù)顯的自循環(huán)明渠實驗裝置雖解決了傳統(tǒng)的明渠實驗槽的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)工程龐大、運行維護復雜且成本也較高等問題，但本身也存在諸如流速可調(diào)范圍小、斷面不可調(diào)、無法自動更新水源及缺乏智能監(jiān)測工具等新問題。

因此，該明渠實驗系統(tǒng)在原自循環(huán)明渠實驗裝置的基礎(chǔ)上設(shè)計有可根據(jù)實驗流量及流速需求來自由選擇一泵供流還是兩泵供流的自循環(huán)和非自循環(huán)皆可的一種高流速智能實驗裝置，其中自循環(huán)是指在蓄水池中提供實驗所需水位后即可，實驗過程中無需再補給和更新水源；而非自循環(huán)則是在實驗過程中通過控制無線智能水位監(jiān)控系統(tǒng)中的監(jiān)控計算機，讓服務(wù)器終端通過現(xiàn)場儀表發(fā)送繼電器信號控制水泵通過供水管供水于蓄水池中不斷補給水源，同時開啟在蓄水池底部的可調(diào)放水閥門用來出流，并根據(jù)分體式流量計實時數(shù)顯來控制出流，無線智能水位監(jiān)控系統(tǒng)可遠程實時監(jiān)控蓄水池的水位變化且實時顯示水位并根據(jù)實驗要求自動補、停水。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是，針對現(xiàn)有明渠實驗裝置所欠缺的問題，提供一種能獲得不同斷面尺寸及更大流速范圍流態(tài)且能遠程智能監(jiān)測與調(diào)節(jié)蓄水池水位的實驗系統(tǒng)裝置。

本發(fā)明涉及的一種多功能高流速的智能明渠實驗系統(tǒng)，由明渠實驗裝置、可調(diào)斷面裝置、無線智能水位監(jiān)控系統(tǒng)組成。

1、明渠高流速實驗裝置

明渠高流速實驗裝置由疊梁式明渠實驗裝置、潛水泵、可調(diào)放水閥門等組成，可獲得經(jīng)過穩(wěn)水、消波的高流速穩(wěn)定流態(tài)，實現(xiàn)自動更新水源和控流。

2、可調(diào)斷面裝置

可調(diào)斷面裝置安裝在明渠實驗水槽中，由中隔板、中隔板撐桿、中隔板支座組成，可用來調(diào)節(jié)實驗水槽寬度，為不同實驗需求提供可選斷面尺寸。

3、無線智能水位監(jiān)控系統(tǒng)

無線智能水位監(jiān)控系統(tǒng)安裝在蓄水池上，由無線網(wǎng)絡(luò)、液位變送器、數(shù)傳終端、光纖、水泵、監(jiān)控計算機等組成，可在遠程監(jiān)控電腦上實時監(jiān)控并根據(jù)用戶需求遠程智能調(diào)節(jié)蓄水池的水位同時根據(jù)實驗要求自動補、停水。

本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

1、能夠?qū)崿F(xiàn)遠程實時智能觀測和顯示蓄水池水位變化和向蓄水池供水到達指定水位。

2、能根據(jù)用戶需求自動補、停水。

3、能夠?qū)崿F(xiàn)自循環(huán)和非自循環(huán)兩種實驗方法，根據(jù)實驗需求自由選擇是否更新系統(tǒng)水源。

4、能夠?qū)崿F(xiàn)一泵供流或兩泵供流來獲得更大可調(diào)流速范圍。

5、能夠?qū)崿F(xiàn)為不同實驗需求改變實驗水槽斷面尺寸。

6、該系統(tǒng)精度高、穩(wěn)定性好、結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，對試驗測試人員沒有很強的技術(shù)要求。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的整體組成結(jié)構(gòu)示意圖，圖2為無線智能水位監(jiān)測系統(tǒng)組建框架圖。

附圖1標記說明：

a1-穩(wěn)水頭部，a2-水槽進口穩(wěn)水裝置，a3-有機玻璃實驗水槽，a4-實驗水槽水位標尺，b1-中隔板，b2-中隔板撐桿，b3-中隔板支座，a5-便攜式流速顯示儀，a6-測點高程坐標尺，a7-旋槳式流速儀，a8-二維滑動測橋，a9-出口穩(wěn)水裝置，c1-尾門開度輪，c2-尾門，c3-出水漏斗，c4-分體式流量計，c5-流量總調(diào)閥，c6-流量微調(diào)閥，c7-塑膠管，c8-輸水管，c9-蓄水池，d1-1號潛水泵，d2-2號潛水泵，d3-可調(diào)放水閥門，d4-無線智能水位監(jiān)控系統(tǒng)，箭頭指向為水流方向

圖3是具體試驗實施方式流程圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案進一步說明：

1、明渠高流速實驗裝置

該明渠高流速實驗裝置在原自循環(huán)明渠實驗裝置的基礎(chǔ)上設(shè)計有可根據(jù)實驗需求來自由選擇一泵供流還是兩泵供流的自循環(huán)和非自循環(huán)皆可的一種實驗裝置，其中自循環(huán)是指通過控制d4.無線智能水位監(jiān)控系統(tǒng)中的現(xiàn)場儀表(見圖2)，讓現(xiàn)場儀表發(fā)送繼電器信號控制水泵(見圖2)通過供水管供水于c9.蓄水池中提供實驗所需水位后開啟潛水泵電源即可，實驗過程中無需再補給和更新水源；而非自循環(huán)則是在實驗過程中通過控制d4.無線智能水位監(jiān)控系統(tǒng)中的現(xiàn)場儀表(見圖2)，讓現(xiàn)場儀表發(fā)送繼電器信號控制水泵(見圖2)通過供水管供水于c9.蓄水池中到指定水位后繼續(xù)補給水源，同時開啟在c9.蓄水池底部的d3.可調(diào)放水閥門用來出流，并根據(jù)c4.分體式流量計實時數(shù)顯的穩(wěn)定流量來控制出流。高流速由d1-1號潛水泵與d2-2號潛水泵同時供流來實現(xiàn)。

2、可調(diào)斷面裝置

可調(diào)斷面裝置安裝在明渠實驗水槽中，其中b1.中隔板用來收縮斷面，b2.中隔板撐桿用來固定中隔板，防止其發(fā)生傾斜，b3.中隔板支座用來確定收縮尺寸大小，該整體裝置通過調(diào)節(jié)實驗水槽斷面的寬度為不同實驗需求提供可選斷面尺寸。

3、無線智能水位監(jiān)控系統(tǒng)

c9.蓄水池水位由d4.無線智能水位監(jiān)控系統(tǒng)實時觀測和智能調(diào)節(jié)。通過d4.無線智能水位監(jiān)控系統(tǒng)中的監(jiān)控計算機控制現(xiàn)場儀表設(shè)定所需c9.蓄水池水位，同時液位變送器會把水位變化信號通過數(shù)傳終端和無線網(wǎng)絡(luò)傳送給服務(wù)器終端，待c9.蓄水池充滿到指定水位后，此時將c5.流量總調(diào)閥閥門調(diào)到半開狀態(tài)，然后再根據(jù)實驗所要達到的流量需求選擇一泵供流還是兩泵供流來選擇性接入d1-1號潛水泵和d2-2號潛水泵電源即可開始實驗。

實驗系統(tǒng)詳細使用步驟：

1、啟動

由d4.無線智能水位監(jiān)控系統(tǒng)通過現(xiàn)場儀表控制水泵給c9.蓄水池供水，待c9.蓄水池充滿水后，將c5.流量總調(diào)閥閥門調(diào)到半開狀態(tài)，然后根據(jù)實驗對流量及流速大小的需求自由選擇接入d1.1號潛水泵與d2.2號潛水泵水泵電源即可；

2、流速調(diào)節(jié)與測量

由c5.流量總調(diào)閥閥門和c2.尾門共同調(diào)節(jié)斷面平均流速，將a7.便攜式旋槳流速儀固定在a8.二維滑動測橋上進行測量，測橋在上下游斷面可移動，穩(wěn)定后測讀，并記錄在測記表中；

3、流量調(diào)節(jié)與測量

由c5.流量總調(diào)閥和c6.流量微調(diào)閥共同調(diào)節(jié)流量，測量用c4.分體式流量計實時顯示，穩(wěn)定后測讀；

4、尾水位調(diào)節(jié)

調(diào)節(jié)c1.尾門開度輪，可改變c2.尾門的開度來調(diào)節(jié)尾水位從而獲得實驗所需流態(tài)。

5、結(jié)束實驗

關(guān)閉接入系統(tǒng)的潛水泵電源，a3.實驗水槽里的水自動流向c9.蓄水池中，打開d3.可調(diào)放水閥門自動出水，待蓄水池中水放完，閉合d3.可調(diào)放水閥門即可。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種既能獲取高流速又能遠程監(jiān)測水位的多功能明渠實驗系統(tǒng)，包括：明渠高流速實驗裝置、可調(diào)斷面裝置、無線智能水位監(jiān)控系統(tǒng)組成。其主要優(yōu)點在于在實驗水槽段能獲取更高的流速、斷面寬度及水深可調(diào)的不同流態(tài)并能無線監(jiān)控智能調(diào)節(jié)蓄水池水位，對于用于獲取不同斷面流速及水深的流態(tài)等流體力學領(lǐng)域的科研工作具有十分重要的科學意義和實際應(yīng)用價值。

技術(shù)研發(fā)人員：劉鎮(zhèn);何新甫;周翠英
受保護的技術(shù)使用者：中山大學
技術(shù)研發(fā)日：2017.05.19
技術(shù)公布日：2017.08.11