专利名称：一种立面变角度二维污染扩散实验装置的制作方法
技术领域：
本发明属于环境科学领域中的设备制造技术，涉及一种立面变角度二维污染扩散 实验装置，应用于水域岸边的立面场合研究和实验污染横向竖向扩散参数的分析和处理。
背景技术：
环境水力学是一门新兴学科，其研究内容尚在探索与发展中。目前，对横向与垂 向扩散系数不相等的角形域内污染物扩散问题的研究尚未见有多少报道，而对水域倾斜岸 坡污染物扩散实验研究又是环境水力学发展过程中急需解决的关键技术问题，对倾斜岸坡 角形域顶点排污问题进行系统的研究又必须要有一套较为完善的实验装置。现有的大多数 研究污染物扩散的试验设备或模型，其涉及的水深相对较小，在很短的距离内污染物浓度 的垂向分布就达到了均勻混和。这对于扩散问题在某些情况下，其实验模型难于达到与实 际原型相符；在现实中，对污染物在深水水库及河流中的水平扩散研究较多，而对于其立面 扩散的研究却相对较少，其成型的有效实验设备装置更是未见有市售或公开使用，即使偶 见有在室内实验中使用，其底坡一般不会发生变化，这对于底坡变化的河、库研究提出了挑 战。此外激光诱导荧光技术用于污染物浓度场测量虽然具有精度高、能进行非恒定浓度场 的实时测量以及三维浓度场测量等优点，但其对实验条件要求较高，在实际应用中受到很 大限制。归结起来，现有的水域立面场合的变角度污染物扩散实验技术中所使用的设备装 置普遍存在着结构简单，功能单一，使用效果差，收取参数难度大，精度小，不易解决科学发 展中的前沿技术问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计制备一种应用于水域立面 场合的变角度条件下污染物扩散实验设备装置，本装置可以解决现有的常规实验装置中污 染物横向与垂向扩散系数相等的难题，为研究横向和垂向扩散系数不相等的角形域内污染 物扩散问题提供较为精确科学与使用安全可靠的实验装置。为了实现上述目的，本发明的主体结构由立面变角度水槽及加药单元、屏幕振荡 格栅单元、电机及机械传动单元和图像采集与处理单元组合而成，包括加药箱、斜板、水槽 外立面、基础结构、海绵吸附装置、进水阀门、放水阀门、螺丝、插板、槽钢框架、钢筋支架、加 固角钢、格栅、钢筋、螺丝、封闭结构、电机、偏心轮、连杆、支架、滑轨、滑块、联轴器、右立面、 后立面、左立面、螺丝、螺丝、底座面、底面螺丝、螺丝、均质灯箱、摄像机和立面变角度水槽； 在立面变角度水槽及加药单元中，盒式结构的立面变角度水槽上部开口，其它各立面及底 面均用有机玻璃板加工制成，底面及左、右、后各立面之间交合处分别用防水强力胶粘接， 水槽外立面为自由拆装式结构，以便更换实验装置内相关设备及调整斜板的倾斜角度；水 槽外立面上部设置有进水阀门，进水阀门与外围的供水箱用软管连通；立面变角度水槽底 部右下角安装有放水阀门，以便装置内废水排出；为防止水压过大而使前立面产生弯曲， 导致渗漏，水槽外立面安装后再用槽钢框架及螺丝进行紧固，水槽外立面与其他立面的交
3合处用防水胶皮密封；各立面交合处用角钢进行加固，角钢与角钢之间进行焊接处理；斜 板将立面变角度水槽分隔为上、下两部分，斜板的下部设有固定斜板的装置，不同角度的实 验，斜板可放置于不同的位置上，斜板的材料为有机玻璃板；立面变角度水槽的右立面内部 设置有海绵吸附装置，其吸附大量药剂后可随时取出进行更换；在立面变角度水槽的后立 面的有机玻璃板上精确刻划有5cmX5cm正方形网格坐标；加药箱固定在立面变角度水槽 的左立面的左上角，制作材料为有机玻璃板；加药箱由钢筋支架支撑，钢筋支架用螺丝固定 于立面变角度水槽的左立面上；加药箱与立面变角度水槽之间用插板隔开，加药箱内的药 剂不与立面变角度水槽内的水相互掺混；螺丝将立面变角度水槽固定于墙体面上以防立面 变角度水槽摇摆；立面变角度水槽底面用螺丝固定于基础结构之上；紧固螺丝均采用不锈 钢螺丝，所有钢构件均涂刷防锈油漆；在屏幕振荡格栅单元中，格栅为不锈钢网式结构，格 栅的边缘处设置有封闭结构，格栅上部用螺丝与钢筋进行连接，格栅固定于立面变角度水 槽中间位置且在水平运动过程中保持与水平面垂直；更换角度振荡格栅的步骤如下先打 开放水阀门放空立面变角度水槽内实验用水，然后取下槽钢框架及前立面，将斜板水平抽 出后拧开格栅与钢筋之间的螺丝，振动格栅与装置分离；取出此角度下的格栅放入下一实 验所需类型格栅后拧紧螺丝，插进配套斜板，合上水槽外立面及槽钢框架并用螺丝拧紧，每 次更换振动格栅时对实验装置进行整体检修；在电机及机械传动单元中，电机及传动装置 是整套设备的动力来源，电机的转速可调，选取与电机配套的联轴器和偏心轮，滑轨及滑块 均为自行制造的通用结构；偏心轮在运动过程中始终保证格栅作水平勻速运动，滑块下部 连接钢筋后再与振动格栅相连，滑块与滑轨之间涂抹润滑油以减少阻力；传动装置安装步 骤如下先在支架上固定电机，将电机与外部供电电路相连，接出电线再与外围地面控电柜 内控制开关相连；电机轴承与联轴器相固连，联轴器再与偏心轮相连，偏心轮上安装连杆， 连杆下部安装滑块，滑块下部用螺丝与连接格栅的钢筋相连；滑轨水平安装在立面变角度 水槽顶面中轴线处；在图像采集与处理单元中，背景灯光为普通均质灯箱，用数字摄像机进 行图象抓拍，然后将图像输入电脑进行处理，最终将浓度以浓度线图的形式在显示器上输 出，图像处理软件为自行研发。本发明与现有技术相比，其整机结构简单，原理可靠，使用操作简便，制作成本低， 采集信息准确，处理与分析结果可靠。
图1为本发明的主体结构原理示意图。图2为本发明的使用布局原理结构全视图。图3为本发明的偏心轮及其配件安装左侧视结构原理示意图。
具体实施例方式下面通过实施例并结合附图做进一步说明。实施例本实施例的主体结构由立面变角度水槽及加药单元、屏幕振荡格栅单元、电机及 机械传动单元和图像采集与处理单元组合而成，包括加药箱1、斜板2、水槽外立面3、基础 结构4、海绵吸附装置5、进水阀门6、放水阀门7、螺丝8、插板9、槽钢框架10、钢筋支架11、
4加固角钢12、格栅13、钢筋14、螺丝15、封闭结构16、电机17、偏心轮18、连杆19、支架20、滑 轨21、滑块22、联轴器23、右立面24、后立面25、左立面26、螺丝27、螺丝28、底座面29、底 面螺丝30、螺丝31、均质灯箱32、摄像机33和立面变角度水槽34 ；在立面变角度水槽及加 药单元中，立面变角度水槽34上部开口，其它各立面及底面均用有机玻璃板加工而成，底 面及左、右、后各立面之间分别用防水强力胶进行粘接，水槽外立面3为自由拆装式结构， 以便更换实验装置内相关设备及调整斜板2的倾斜角度；水槽外立面3上部设置有进水阀 门6，进水阀门6与外围的供水箱用软管连通；立面变角度水槽34底部右下角安装有放水 阀门7，以便装置内废水排出；为防止水压过大而使水槽外立面3产生弯曲，导致渗漏，水槽 外立面3安装后再用槽钢框架10及螺丝27进行紧固，水槽外立面3与其他立面的交合处 用防水胶皮密封；各立面交合处用角钢12进行加固，角钢与角钢之间进行焊接处理；斜板 2将立面变角度水槽34分隔为上、下两部分，斜板2的下部设有固定斜板的装置，不同角度 的实验，斜板可放置于不同的位置上，斜板2的材料为有机玻璃板；立面变角度水槽34的右 立面24内部设置有海绵吸附装置5，其吸附大量药剂后可随时取出进行更换；在立面变角 度水槽34的后立面25的有机玻璃板上精确刻划有5cmX5cm正方形网格坐标；加药箱1固 定在立面变角度水槽34的左立面26的左上角，制作材料为有机玻璃板；加药箱1由钢筋支 架11支撑，钢筋支架11用螺丝28固定于立面变角度水槽34的左立面26上；加药箱1与 立面变角度水槽34之间用插板9隔开，加药箱1内的药剂不与立面变角度水槽34内的水 相互掺混；螺丝8将立面变角度水槽34固定于墙体面上以防立面变角度水槽34摇摆；立 面变角度水槽34底面29用螺丝30固定于基础结构4之上；紧固螺丝均采用不锈钢螺丝， 所有钢构件均涂刷防锈油漆；在屏幕振荡格栅单元中，为使横向与垂向扩散系数不等，要合 理选取振荡格栅，不合适的格栅会造成前功尽弃，实验角度不同，振荡格栅尺寸也应稍有差 别，但不同角度下的实验装置基本类似；格栅13为不锈钢网式结构，为了防止格栅13变形 或破坏立面变角度水槽34槽壁，格栅13的边缘处设置有封闭结构16，格栅13上部用螺丝 15与钢筋14进行连接，更换格栅13时将螺丝15拧下即可；格栅13固定于立面变角度水槽 34中间位置且在水平运动过程中保持与水平面垂直；某一角度实验结束后，更换其它角度 振荡格栅13的步骤如下先打开放水阀门7放空立面变角度水槽34内实验用水，然后取下 槽钢框架10及水槽外立面3，将斜板2水平抽出后拧开格栅13与钢筋14之间的螺丝15， 振动格栅13与装置分离；取出此角度下的格栅13放入下一实验所需类型格栅后拧紧螺丝 15，插进配套斜板2，合上水槽外立面3及槽钢框架10并用螺丝15拧紧；为防止意外事故的 发生，每次更换振动格栅时必须对实验装置进行整体检修；在电机及机械传动单元中，电机 及传动装置是整套设备的动力来源，如果搭配不当会造成电能的浪费和器件的磨损甚至会 发生危险事故，电机17的转速可调，选取与电机17配套的联轴器23和偏心轮18，滑轨21 及滑块22均自行制造的通用结构；偏心轮18在运动过程中始终保证格栅13作水平勻速运 动，滑块22下部连接钢筋14后再与振动格栅13相连，滑块22与滑轨21之间涂抹润滑油 以减少阻力；传动装置安装步骤如下先在支架20上固定电机17，将电机17与外部供电电 路相连，接出电线再与外围地面控电柜内控制开关相连；电机17轴承与联轴器23相固连， 联轴器23再与偏心轮18相连，偏心轮18上安装连杆19，连杆19下部安装滑块22，滑块22 下部用螺丝31与连接格栅13的钢筋14相连；滑轨21水平安装在立面变角度水槽34顶面 中轴线处；在图像采集与处理单元中，背景灯光为普通均质灯箱32，用数字摄像机33进行
5图象抓拍，然后输入电脑进行处理，最终将浓度以浓度线图的形式在显示器上输出，图像处 理软件为自行研发。 本发明的立面变角度水槽34用15mm的有机玻璃板加工而成，立面变角度水槽34 的长X宽X高=2200mmX 150mmX2000mm ；立面变角度水槽34的进、出水孔均安装Φ60 阀门；加药箱1安装在立面变角度水槽34的左上角，材质为有机玻璃板，加药箱1的长X 宽X高=200mmX 150mmX 300mm ；加药箱1与立面变角度水槽34之间用插板进行连接；斜 板2顶部放置在加药箱1的底部，斜板2在立面变角度水槽34中的位置视实验角度确定， 屏幕振荡格栅角度采用45°，格栅13的厚度为8mm，栅孔之间距离为6cm，格栅13顶部距 立面变角度水槽34的顶部150mm，底部距立面变角度水槽34底部为50mm，其它尺寸大小视 实验角度及斜板所放位置确定；外立面加固框用80mm槽钢加固而成，槽钢及角钢均刷防锈 漆进行维护；电机17与偏心轮18及其配套装置固定在立面变角度水槽34的顶部中心处， 电机型号为220V、500W，变速箱调速范围为0-60r/min ；选用合适偏心轮18及其它配套装 置，滑轨21的长度控制在20cm左右，振荡格栅振幅在10cm-15cm ；底座面29的材质为不锈 钢板，底座面的长X宽X高=2200mmX450mmX IOOmm ；摄像机放于立面变角度水槽34的 前面进行图像采集，然后图像被送入电脑进行处理。
权利要求
一种立面变角度二维污染扩散实验装置，主体结构由立面变角度水槽及加药单元、屏幕振荡格栅单元、电机及机械传动单元和图像采集与处理单元组合而成，包括加药箱、斜板、水槽外立面、基础结构、海绵吸附装置、进水阀门、放水阀门、螺丝、插板、槽钢框架、钢筋支架、加固角钢、格栅、钢筋、螺丝、封闭结构、电机、偏心轮、连杆、支架、滑轨、滑块、联轴器、右立面、后立面、左立面、螺丝、螺丝、底座面、底面螺丝、螺丝、均质灯箱、摄像机和立面变角度水槽，其特征在于立面变角度水槽及加药单元中盒式结构的立面变角度水槽上部开口，各立面及底面用有机玻璃板加工制成，底面及左、右、后各立面之间交合处分别用防水强力胶粘接，水槽外立面为自由拆装式结构，以便更换实验装置内相关设备及调整斜板的倾斜角度；水槽外立面上部设置有进水阀门，进水阀门与外围的供水箱用软管连通；立面变角度水槽底部右下角安装有放水阀门，以便装置内废水排出；水槽外立面安装后再用槽钢框架及螺丝进行紧固；各立面交合处用角钢加固，角钢与角钢之间焊接；斜板将立面变角度水槽分隔为上、下两部分，有机玻璃的斜板下部设有固定斜板的装置；立面变角度水槽的右立面内部设置有海绵吸附装置，其吸附大量药剂后可随时取出进行更换；在立面变角度水槽的后立面的有机玻璃板上刻划有5cm×5cm正方形网格坐标；有机玻璃制成的加药箱固定在立面变角度水槽的左立面的左上角由钢筋支架支撑，钢筋支架用螺丝固定于立面变角度水槽的左立面上；加药箱与立面变角度水槽之间用插板隔开，加药箱内的药剂不与立面变角度水槽内的水相互掺混；螺丝将立面变角度水槽固定于墙体面上以防立面变角度水槽摇摆；立面变角度水槽底面用螺丝固定于基础结构之上；紧固螺丝为不锈钢螺丝，钢构件涂刷防锈油漆；在屏幕振荡格栅单元中，格栅为不锈钢网式结构，格栅的边缘处设置有封闭结构，格栅上部用螺丝与钢筋连接，格栅固定于立面变角度水槽中间位置且在水平运动过程中保持与水平面垂直；在电机及机械传动单元中，电机及传动装置是整套设备的动力来源，电机的转速可调，选取与电机配套的联轴器和偏心轮，滑轨及滑块为通用结构；偏心轮在运动过程中始终保证格栅作水平匀速运动，滑块下部连接钢筋后再与振动格栅相连，滑块与滑轨之间涂抹润滑油；在支架上固定电机，将电机与外部供电电路相连，接出电线再与外围地面控电柜内控制开关相连；电机轴承与联轴器相固连，联轴器再与偏心轮相连，偏心轮上安装连杆，连杆下部安装滑块，滑块下部用螺丝与连接格栅的钢筋相连；滑轨水平安装在立面变角度水槽顶面中轴线处；在图像采集与处理单元中，背景灯光为普通均质灯箱，用数字摄像机进行图象抓拍，图像输入电脑处理，将浓度以浓度线图的形式在显示器上输出。
2.根据权利要求1所述的立面变角度二维污染扩散实验装置，其特征在于更换角度振 荡格栅的步骤如下先打开放水阀门放空立面变角度水槽内实验用水，然后取下槽钢框架 及前立面，将斜板水平抽出后拧开格栅与钢筋之间的螺丝，振动格栅与装置分离；取出此角 度下的格栅放入下一实验所需类型格栅后拧紧螺丝，插进配套斜板，合上水槽外立面及槽 钢框架并用螺丝拧紧，每次更换振动格栅时对实验装置进行整体检修。
全文摘要
本发明属于设备制造技术领域，涉及一种立面变角度二维污染扩散实验装置，用于水域岸边的立面场合污染扩散参数的分析处理，盒式结构的立面变角度水槽上部开口，底面及左、右、后各立面之间交合处分别用防水强力胶粘接，水槽外立面为自由拆装式结构，上部设置有进水阀门与外围的供水箱连通，底部右下角安装有放水阀门，水槽外立面安装后再用槽钢框架及螺丝紧固，各立面交合处用角钢加固，角钢与角钢之间焊接；斜板将立面变角度水槽分隔为上、下两部分，斜板的下部设有固定斜板的装置，立面变角度水槽右立面内部设置有海绵吸附装置，其整机结构简单，原理可靠，使用操作方便，成本低，采集信息准确，处理分析结果可靠。
文档编号G01N13/00GK101963568SQ20101027782
公开日2011年2月2日 申请日期2010年9月1日 优先权日2010年9月1日
发明者武周虎, 胡德俊, 路成刚 申请人:青岛理工大学