用于离心模型的降雨模拟方法及其装置制造方法
用于离心模型的降雨模拟方法及其装置制造方法
【专利摘要】本发明提供了一种用于离心模型的降雨模拟装置，其包括，设置在所述离心模型上方的均布有0.5mm小孔的降雨板，所述降雨板与所述离心模型顶面的距离小于10mm，所述降雨板上方设置有至少一个安装梁，所述安装梁上设置有多个矩形喷嘴7，所述供水接头上连接有一个一对多的转接头，所述转接头通过软管与所述矩形喷嘴连接，所述矩形喷嘴为直射式压力型雾化喷嘴。本发明还提供了一种使用该降雨模拟装置的降雨模拟方法。本发明提出了一种用于离心模型的降雨模拟方法及其装置，保障了离心模型的降雨区域的雨量均匀性，而且能够实现多种雨量的精确模拟。
【专利说明】用于离心模型的降雨模拟方法及其装置
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种用于离心模型的模拟试验方法及其装置，尤其是一种可在土工离心机高速旋转运行环境的土工离心试验中，对离心模型进行模拟降雨的模拟方法及其装置。
【背景技术】
[0002]离心模拟技术是研究岩土工程的重要手段之一，其利用土工离心机高速旋转产生的离心力模拟重力，在Ng条件下，利用小尺寸离心模型的应力、应变与原型相同或相似的特性，研究岩土工程相关问题的应力和变形规律。在岩土工程研究中，降雨及其渗透对岩土结构具有很大影响，但是，如何在离心模型试验环境中模拟降雨一直未能得到很好的解决。
[0003]《岩土工程学报》2010年6月第6期中《离心场中边坡降雨模拟系统的研制与应用》一文公开了一种离心场降雨模拟系统，其包括三个子系统:供水加压系统、降雨器、模型箱及防风结构。该系统必须要事先在降雨器内保持一定的水量才能确保降雨区域的雨量均匀性，因此就比较难控制获得较为精确的降雨量模拟。
[0004]中国专利CN203108697U公开了一种用于土工离心模型试验的降雨装置，其结构较为简单，但当离心机以高g值(例如50g以上)加速度运行时，由于水体受离心机影响很大，因此，该降雨装置不能很好的保障降雨区域的雨量均匀性，也就难以控制获得较为精确的降雨量模拟。
【发明内容】
[0005]本发明要解决的技术问题是提供一种用于离心模型的降雨模拟方法及其装置，以减少或避免前面所提到的问题。
[0006]具体来说，本发明提供了一种用于离心模型的降雨模拟方法，所述离心模型运行在Ng环境，所述离心模型放置于一个模型箱内，所述模型箱放置于土工离心机的吊篮中，在所述土工离心机外设置有一个可加压的供水箱，从所述离心机转臂伸出有一个用于从所述供水箱引水的供水接头，所述模型箱在所述离心模型上方设置有一个的均布有0.5mm小孔的降雨板，所述降雨板与所述离心模型顶面的距离小于10mm，所述降雨板通过“Z”形耳片固定在所述模型箱上，所述降雨板上方设置有至少一个安装梁，所述安装梁上设置有多个矩形喷嘴，所述供水接头上连接有一个一对多的转接头，所述转接头通过软管与所述矩形喷嘴连接，所述矩形喷嘴为直射式压力型雾化喷嘴，所述降雨模拟方法包括如下步骤:
[0007]步骤A，在放置所述离心模型之前，根据所述离心模型的高度，将所述降雨板装配工作位，在所述安装梁上设置一个所述矩形喷嘴，将一对多的所述转接头连接所述矩形喷嘴，并将所述转接头的其他接口堵塞，在所述降雨板上铺放一张滤纸，使土工离心机运行在Ng环境，对所述供水箱施加压力，使得所述矩形喷嘴进行喷淋，测量所述滤纸上的喷淋区域尺寸，
[0008]步骤B，根据步骤A获得的所述矩形喷嘴的喷淋区域尺寸，将所述降雨板从所述模型箱取下，在所述安装梁上设置多个所述矩形喷嘴，将所述转接头连接多个所述矩形喷嘴，使所述矩形喷嘴喷淋到所述降雨板上的喷淋区域相互重叠并覆盖所述降雨板上需要进行降雨的区域，同一根所述安装梁6上的相邻的所述矩形喷嘴的所述喷淋区域的重叠宽度为1mm，相邻的所述安装梁上对应的所述矩形喷嘴的所述喷淋区域的重叠宽度为2mm，并堵塞其他的接口，
[0009]步骤C，将所述离心模型放入所述模型箱，并将所述降雨板装配在所述模型箱上方，使所述降雨板位于所述离心模型上方，使土工离心机运行在Ng环境，对所述供水箱施加压力，使得步骤B中安装的所述矩形喷嘴进行喷淋，从而实现对所述离心模型的降雨模拟试验。
[0010]优选地，在步骤B中，当所述离心模型尺寸较小，需要进行降雨的区域较小时，在所述模型箱上固定连接对称的所述“L”形隔离架，并通过所述“L”形隔离架夹持用于分隔所述降雨板的区域的隔离板，从而实现所述降雨板上需要进行降雨的区域的隔离。
[0011]优选地，在步骤C中，在所述降雨板上方铺放1-3层土工织布。
[0012]优选地，所述降雨板上的小孔为多列，相邻的两列小孔之间的孔中心间距为2mm，每列小孔中相邻的小孔之间的孔中心间距为1mm。
[0013]优选地，相邻的两列小孔之间设置有宽度为1_，深度为1_的凹槽。
[0014]本发明还提供了一种用于上述方法的降雨模拟装置，其包括，一个设置在所述土工离心机外的可加压的供水箱，一个从所述离心机转臂伸出用于从所述供水箱引水的供水接头，一个设置在所述离心模型上方的均布有0.5mm小孔的降雨板，所述降雨板与所述离心模型顶面的距离小于10mm，所述降雨板通过“Z”形耳片固定在所述模型箱上，所述降雨板上方设置有至少一个安装梁，所述安装梁上设置有多个矩形喷嘴7，所述供水接头上连接有一个一对多的转接头，所述转接头通过软管与所述矩形喷嘴连接，所述矩形喷嘴为直射式压力型雾化喷嘴。
[0015]优选地，所述模型箱上固定连接有对称的“L”形隔离架，所述“L”形隔离架夹持有用于分隔所述降雨板的区域的隔离板，所述“L”形隔离架上夹持有用于分隔所述降雨板的区域的隔离板。
[0016]优选地，所述降雨板上铺放有1-3层土工织布。
[0017]优选地，所述降雨板上的小孔为多列，相邻的两列小孔之间的孔中心间距为2mm，每列小孔中相邻的小孔之间的孔中心间距为1mm。
[0018]优选地，相邻的两列小孔之间设置有宽度为1_，深度为1_的凹槽。
[0019]本发明提出了一种用于离心模型的降雨模拟方法及其装置，通过使用矩形雾化喷嘴，实现对降雨区域的均匀覆盖，通过设置降雨板，实现对水体的缓冲，避免水体对离心模型造成直接的冲击损坏，从而保障了离心模型的降雨区域的雨量均匀性，通过离心机外的可加压的供水箱实现对所述矩形雾化喷嘴的流量控制，从而实现多种雨量的精确模拟。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中，
[0021]图1显示的是根据本发明的一个具体实施例的一种用于离心模型的降雨模拟装置的结构示意图；
[0022]图2显示的是图1中的部分结构立体分解示意图；
[0023]图3显示的是图2的隔离架的结构示意图；
[0024]图4显示的是图3的隔离架所夹持的隔离板的结构示意图；
[0025]图5显示的是图2的C处局部放大示意图；
[0026]图6显示的是根据本发明的另一个具体实施例的图2的C处局部放大示意图；
[0027]图7为图1的多个矩形喷嘴的喷淋区域示意图。
【具体实施方式】
[0028]为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照【专利附图】
【附图说明】本发明的【具体实施方式】。其中，相同的部件采用相同的标号。
[0029]图1显示的是根据本发明的一个具体实施例的一种用于离心模型的降雨模拟装置的结构示意图；图2显示的是图1中的部分结构立体分解示意图；图5显示的是图2的C处局部放大示意图；图1中虚线为水流示意，为了便于图形表述，图2只显示了图1中的部分结构的立体分解示意图。
[0030]参见图1、2、5所示，本发明提供了一种用于离心模型的降雨模拟装置，所述离心模型I运行在Ng环境，所述离心模型I放置于一个模型箱2内，所述模型箱2放置于土工离心机的吊篮3中，其包括，一个设置在所述土工离心机外的可加压的供水箱4，一个从所述离心机转臂伸出用于从所述供水箱4引水的供水接头31，一个设置在所述离心模型I上方的均布有0.5mm小孔的降雨板5，所述降雨板5与所述离心模型I顶面的距离小于10mm，所述降雨板5通过“Z”形耳片21固定在所述模型箱2上，所述降雨板5上方设置有至少一个安装梁6，所述安装梁6上设置有多个矩形喷嘴7，所述供水接头31上连接有一个一对多的转接头32，所述转接头32通过软管与所述矩形喷嘴7连接，所述矩形喷嘴7为直射式压力型雾化喷嘴。
[0031]本发明要解决的问题是，在高G值环境(例如大于50G的离心试验环境)下，如何能够让降水比较均匀的落在所述离心模型I上，此外还有如何能够获得比较精确的降水量控制，为了能够让降水均匀的落在所述离心模型I上，本发明选择采用所述矩形喷嘴7来进行降水从点到面的转换，利用所述矩形喷嘴7在高压力下喷出的水流能够覆盖恒定区域的特性，通过多个所述矩形喷嘴7的设置来覆盖离心模型的降雨模拟试验所需要覆盖的区域，从而很好的保障降雨区域的雨量均匀性。
[0032]所述矩形喷嘴7为直射式压力型雾化喷嘴，这样可以便于利用市售的直射式压力型雾化喷嘴的参数来进行选择，从而可以保障在不对所述供水箱4加压力的情况下，单纯水体的重力不会从所述矩形喷嘴7中喷出，此外，直射式压力型雾化喷嘴的覆盖区域为较规则的矩形，也便于通过多个所述矩形喷嘴7比较均匀的覆盖离心模型的降雨模拟试验所需要覆盖的区域。
[0033]所述矩形喷嘴7喷出的水体速度较大，在高G值环境(例如大于50G的离心试验环境)中，如果直接冲击到所述离心模型I上，会对所述离心模型I造成损伤，本发明通过设置所述降雨板5对所述矩形喷嘴7喷出的水体进行缓冲，所述降雨板5与所述离心模型I顶面的距离小于10臟，这样，经由所述降雨板5缓冲的水体从其上的0.5mm小孔流到所述离心模型I时就不会对所述离心模型I造成直接的冲击损坏。
[0034]通过选择不同长度的所述“Z”形耳片21，可以确保对于不同尺寸的所述离心模型1，所述降雨板5与所述离心模型I顶面的距离小于10mm。
[0035]所述安装梁6用于安装所述矩形喷嘴7，所述矩形喷嘴7的数量根据离心模型的降雨模拟试验所需要覆盖的区域换算获得。
[0036]为了确保每个所述矩形喷嘴7获得同等的供水，所述供水接头31上连接有一个一对多的转接头32，所述转接头32单口固定连接所述供水接头31，所述转接头32的多口分别通过软管连接各个所述矩形喷嘴7，不用的接口封堵上，这样就可以确保每个所述矩形喷嘴7获得同等的供水。
[0037]所述供水箱4的出口处可设置有流量表，这样可以精确的控制所述供水箱4向所述矩形喷嘴7的供水量，从而获得较为精确的降雨量模拟。
[0038]所述“Z”形耳片21、所述安装梁6以及所述降雨板5均可选用高强度的轻质材料制成，这样可以尽量避免在高G值环境(例如大于50G的离心试验环境)下这些部件不产生大的变形从而造成环境参数偏差，此外还可以减轻对离心机的性能压力。例如，所述“Z”形耳片21、所述安装梁6以及所述降雨板5均可选用高强度轻质铝合金或者高强度碳纤维材料制成。
[0039]图3显示的是图2的隔离架的结构示意图；图4显示的是图3的隔离架所夹持的隔离板的结构示意图；参见图1-4所示，在一个优选实施例中，当所述离心模型I尺寸较小，离心模型的降雨模拟试验所需要覆盖的区域不需要覆盖整个所述降雨板5时，可以在所述模型箱2上固定连接对称的“L”形隔离架22，然后在所述“L”形隔离架22夹持有用于分隔所述降雨板5的区域的隔离板23。所述“L”形隔离架22上设置有凹槽，所述隔离板23仅仅用于对所述矩形喷嘴7喷出的水进行格挡，因此其不是主要的受力部件，所以可以选择较轻的塑料材料制成板状，然后插入所述“L”形隔离架22上的凹槽即可。
[0040]在一个优选实施例中，所述降雨板5上铺放有1-3层土工织布。这样可以进一步减缓从所述矩形喷嘴7喷出的水的冲击力，
[0041]参见图5所示，在一个优选实施例中，所述降雨板5上的小孔为多列，相邻的两列小孔之间的孔中心间距dl为2mm，每列小孔中相邻的小孔之间的孔中心间距d2为1mm。这样可以使得所述降雨板5上的小孔密度够大，对所述离心模型I的覆盖足够均匀。
[0042]图6显示的是根据本发明的另一个具体实施例的图2的C处局部放大示意图；参见图1、2、6所示，在另一个具体实施例中，相邻的两列小孔之间设置有宽度w为1_，深度h为Imm的凹槽。当所述矩形喷嘴7喷出的水流量较大时，通过所述凹槽可以使水体得到进一步缓冲，水体从所述凹槽漫出后再从所述小孔流向所述离心模型1，就可以进一步降低水体的冲击力。
[0043]本发明提供了一种用于离心模型的降雨模拟方法，所述离心模型I运行在Ng环境，所述离心模型I放置于一个模型箱2内，所述模型箱2放置于土工离心机的吊篮3中，在所述土工离心机外设置有一个可加压的供水箱4，从所述离心机转臂伸出有一个用于从所述供水箱4引水的供水接头31，所述模型箱在所述离心模型I上方设置有一个的均布有0.5mm小孔的降雨板5，所述降雨板5与所述离心模型I顶面的距离小于10mm，所述降雨板5通过“Z”形耳片21固定在所述模型箱2上，所述降雨板5上方设置有至少一个安装梁6，所述安装梁6上设置有多个矩形喷嘴7，所述供水接头31上连接有一个一对多的转接头32，所述转接头32通过软管与所述矩形喷嘴7连接，所述矩形喷嘴7为直射式压力型雾化喷嘴，所述降雨模拟方法包括如下步骤:
[0044]步骤A，在放置所述离心模型I之前，根据所述离心模型I的高度，将所述降雨板5装配工作位，在所述安装梁上设置一个所述矩形喷嘴7，将一对多的所述转接头32连接所述矩形喷嘴7，并将所述转接头32的其他接口堵塞，在所述降雨板5上铺放一张滤纸，使土工离心机运行在Ng环境，对所述供水箱4施加压力，使得所述矩形喷嘴7进行喷淋，测量所述滤纸上的喷淋区域尺寸，
[0045]步骤B，根据步骤A获得的所述矩形喷嘴7的喷淋区域尺寸，将所述降雨板5从所述模型箱2取下，在所述安装梁6上设置多个所述矩形喷嘴7，将所述转接头32连接多个所述矩形喷嘴7，使所述矩形喷嘴7喷淋到所述降雨板5上的喷淋区域相互重叠并覆盖所述降雨板5上需要进行降雨的区域，并堵塞其他的接口，图7为图1的多个矩形喷嘴的喷淋区域示意图，参见图7所示，同一根所述安装梁6上的相邻的所述矩形喷嘴7的所述喷淋区域71与72 (或73与74)的重叠宽度d3为1mm，相邻的所述安装梁6上对应的所述矩形喷嘴7的所述喷淋区域71与73 (或者72与74)的重叠宽度d4为2mm。
[0046]步骤C，将所述离心模型I放入所述模型箱2，并将所述降雨板5装配在所述模型箱2上方，使所述降雨板5位于所述离心模型I上方，使土工离心机运行在Ng环境，对所述供水箱4施加压力，使得步骤B中安装的所述矩形喷嘴7进行喷淋，从而实现对所述离心模型I的降雨模拟试验。
[0047]在一个优选实施例中，在步骤B中，当所述离心模型I尺寸较小，需要进行降雨的区域较小时，在所述模型箱2上固定连接对称的所述“L”形隔离架22，并通过所述“L”形隔离架22夹持用于分隔所述降雨板5的区域的隔离板23，从而实现所述降雨板5上需要进行降雨的区域的隔离。
[0048]在一个优选实施例中，在步骤C中，在所述降雨板5上方铺放1-3层土工织布。
[0049]在一个优选实施例中，所述降雨板5上的小孔为多列，相邻的两列小孔之间的孔中心间距dl为2mm，每列小孔中相邻的小孔之间的孔中心间距d2为1mm。
[0050]在一个优选实施例中，相邻的两列小孔之间设置有宽度w为1mm，深度h为Imm的凹槽。
[0051]本发明提出了一种用于离心模型的降雨模拟方法及其装置，通过使用矩形雾化喷嘴，实现对降雨区域的均匀覆盖，通过设置降雨板，实现对水体的缓冲，避免水体对离心模型造成直接的冲击损坏，从而保障了离心模型的降雨区域的雨量均匀性，通过离心机外的可加压的供水箱实现对所述矩形雾化喷嘴的流量控制，从而实现多种雨量的精确模拟。
[0052]本领域技术人员应当理解，虽然本发明是按照多个实施例的方式进行描述的，但是并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案。说明书中如此叙述仅仅是为了清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体加以理解，并将各实施例中所涉及的技术方案看作是可以相互组合成不同实施例的方式来理解本发明的保护范围。
[0053]以上所述仅为本发明示意性的【具体实施方式】，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的等同变化、修改与结合，均应属于本发明保护的范围。
【权利要求】
1.一种用于离心模型的降雨模拟方法，所述离心模型运行在Ng环境，所述离心模型放置于一个模型箱内，所述模型箱放置于土工离心机的吊篮中，在所述土工离心机外设置有一个可加压的供水箱，从所述离心机转臂伸出有一个用于从所述供水箱引水的供水接头，所述模型箱在所述离心模型上方设置有一个的均布有0.5mm小孔的降雨板，所述降雨板与所述离心模型顶面的距离小于10mm，所述降雨板通过“Z”形耳片固定在所述模型箱上，所述降雨板上方设置有至少一个安装梁，所述安装梁上设置有多个矩形喷嘴，所述供水接头上连接有一个一对多的转接头，所述转接头通过软管与所述矩形喷嘴连接，所述矩形喷嘴为直射式压力型雾化喷嘴，所述降雨模拟方法包括如下步骤: 步骤A，在放置所述离心模型之前，根据所述离心模型的高度，将所述降雨板装配工作位，在所述安装梁上设置一个所述矩形喷嘴，将一对多的所述转接头连接所述矩形喷嘴，并将所述转接头的其他接口堵塞，在所述降雨板上铺放一张滤纸，使土工离心机运行在Ng环境，对所述供水箱施加压力，使得所述矩形喷嘴进行喷淋，测量所述滤纸上的喷淋区域尺寸， 步骤B，根据步骤A获得的所述矩形喷嘴的喷淋区域尺寸，将所述降雨板从所述模型箱取下，在所述安装梁上设置多个所述矩形喷嘴，将所述转接头连接多个所述矩形喷嘴，使所述矩形喷嘴喷淋到所述降雨板上的喷淋区域相互重叠并覆盖所述降雨板上需要进行降雨的区域，同一根所述安装梁6上的相邻的所述矩形喷嘴的所述喷淋区域的重叠宽度为1mm，相邻的所述安装梁上对应的所述矩形喷嘴的所述喷淋区域的重叠宽度为2mm，并堵塞其他的接口， 步骤C，将所述离心模型放入所述模型箱，并将所述降雨板装配在所述模型箱上方，使所述降雨板位于所述离心模型上方，使土工离心机运行在Ng环境，对所述供水箱施加压力，使得步骤B中安装的所述矩形喷嘴进行喷淋，从而实现对所述离心模型的降雨模拟试验。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤B中，当所述离心模型尺寸较小，需要进行降雨的区域较小时，在所述模型箱上固定连接对称的所述“L”形隔离架，并通过所述“L”形隔离架夹持用于分隔所述降雨板的区域的隔离板，从而实现所述降雨板上需要进行降雨的区域的隔离。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤C中，在所述降雨板上方铺放1-3层土工织布。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述降雨板上的小孔为多列，相邻的两列小孔之间的孔中心间距为2mm，每列小孔中相邻的小孔之间的孔中心间距为1mm。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，相邻的两列小孔之间设置有宽度为1mm，深度为Imm的凹槽。
6.一种用于离心模型的降雨模拟装置，其特征在于，所述离心模型运行在Ng环境，所述离心模型放置于一个模型箱内，所述模型箱放置于土工离心机的吊篮中，其包括，一个设置在所述土工离心机外的可加压的供水箱，一个从所述离心机转臂伸出用于从所述供水箱引水的供水接头，一个设置在所述离心模型上方的均布有0.5_小孔的降雨板，所述降雨板与所述离心模型顶面的距离小于10mm，所述降雨板通过“Z”形耳片固定在所述模型箱上，所述降雨板上方设置有至少一个安装梁，所述安装梁上设置有多个矩形喷嘴7，所述供水接头上连接有一个一对多的转接头，所述转接头通过软管与所述矩形喷嘴连接，所述矩形喷嘴为直射式压力型雾化喷嘴。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述模型箱上固定连接有对称的“L”形隔离架，所述“L”形隔离架夹持有用于分隔所述降雨板的区域的隔离板，所述“L”形隔离架上夹持有用于分隔所述降雨板的区域的隔离板。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述降雨板上方铺放有1-3层土工织布。
9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述降雨板上的小孔为多列，相邻的两列小孔之间的孔中心间距为2mm，每列小孔中相邻的小孔之间的孔中心间距为1mm。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，相邻的两列小孔之间设置有宽度为1_，深度为Imm的凹槽。
【文档编号】G01N33/24GK104391103SQ201410581766
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年10月27日 优先权日:2014年10月27日
【发明者】侯瑜京, 张雪东, 彭仁, 王存 申请人:中国水利水电科学研究院
【专利摘要】本发明提供了一种用于离心模型的降雨模拟装置，其包括，设置在所述离心模型上方的均布有0.5mm小孔的降雨板，所述降雨板与所述离心模型顶面的距离小于10mm，所述降雨板上方设置有至少一个安装梁，所述安装梁上设置有多个矩形喷嘴7，所述供水接头上连接有一个一对多的转接头，所述转接头通过软管与所述矩形喷嘴连接，所述矩形喷嘴为直射式压力型雾化喷嘴。本发明还提供了一种使用该降雨模拟装置的降雨模拟方法。本发明提出了一种用于离心模型的降雨模拟方法及其装置，保障了离心模型的降雨区域的雨量均匀性，而且能够实现多种雨量的精确模拟。
【专利说明】用于离心模型的降雨模拟方法及其装置
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种用于离心模型的模拟试验方法及其装置，尤其是一种可在土工离心机高速旋转运行环境的土工离心试验中，对离心模型进行模拟降雨的模拟方法及其装置。
【背景技术】
[0002]离心模拟技术是研究岩土工程的重要手段之一，其利用土工离心机高速旋转产生的离心力模拟重力，在Ng条件下，利用小尺寸离心模型的应力、应变与原型相同或相似的特性，研究岩土工程相关问题的应力和变形规律。在岩土工程研究中，降雨及其渗透对岩土结构具有很大影响，但是，如何在离心模型试验环境中模拟降雨一直未能得到很好的解决。
[0003]《岩土工程学报》2010年6月第6期中《离心场中边坡降雨模拟系统的研制与应用》一文公开了一种离心场降雨模拟系统，其包括三个子系统:供水加压系统、降雨器、模型箱及防风结构。该系统必须要事先在降雨器内保持一定的水量才能确保降雨区域的雨量均匀性，因此就比较难控制获得较为精确的降雨量模拟。
[0004]中国专利CN203108697U公开了一种用于土工离心模型试验的降雨装置，其结构较为简单，但当离心机以高g值(例如50g以上)加速度运行时，由于水体受离心机影响很大，因此，该降雨装置不能很好的保障降雨区域的雨量均匀性，也就难以控制获得较为精确的降雨量模拟。
【发明内容】
[0005]本发明要解决的技术问题是提供一种用于离心模型的降雨模拟方法及其装置，以减少或避免前面所提到的问题。
[0006]具体来说，本发明提供了一种用于离心模型的降雨模拟方法，所述离心模型运行在Ng环境，所述离心模型放置于一个模型箱内，所述模型箱放置于土工离心机的吊篮中，在所述土工离心机外设置有一个可加压的供水箱，从所述离心机转臂伸出有一个用于从所述供水箱引水的供水接头，所述模型箱在所述离心模型上方设置有一个的均布有0.5mm小孔的降雨板，所述降雨板与所述离心模型顶面的距离小于10mm，所述降雨板通过“Z”形耳片固定在所述模型箱上，所述降雨板上方设置有至少一个安装梁，所述安装梁上设置有多个矩形喷嘴，所述供水接头上连接有一个一对多的转接头，所述转接头通过软管与所述矩形喷嘴连接，所述矩形喷嘴为直射式压力型雾化喷嘴，所述降雨模拟方法包括如下步骤:
[0007]步骤A，在放置所述离心模型之前，根据所述离心模型的高度，将所述降雨板装配工作位，在所述安装梁上设置一个所述矩形喷嘴，将一对多的所述转接头连接所述矩形喷嘴，并将所述转接头的其他接口堵塞，在所述降雨板上铺放一张滤纸，使土工离心机运行在Ng环境，对所述供水箱施加压力，使得所述矩形喷嘴进行喷淋，测量所述滤纸上的喷淋区域尺寸，
[0008]步骤B，根据步骤A获得的所述矩形喷嘴的喷淋区域尺寸，将所述降雨板从所述模型箱取下，在所述安装梁上设置多个所述矩形喷嘴，将所述转接头连接多个所述矩形喷嘴，使所述矩形喷嘴喷淋到所述降雨板上的喷淋区域相互重叠并覆盖所述降雨板上需要进行降雨的区域，同一根所述安装梁6上的相邻的所述矩形喷嘴的所述喷淋区域的重叠宽度为1mm，相邻的所述安装梁上对应的所述矩形喷嘴的所述喷淋区域的重叠宽度为2mm，并堵塞其他的接口，
[0009]步骤C，将所述离心模型放入所述模型箱，并将所述降雨板装配在所述模型箱上方，使所述降雨板位于所述离心模型上方，使土工离心机运行在Ng环境，对所述供水箱施加压力，使得步骤B中安装的所述矩形喷嘴进行喷淋，从而实现对所述离心模型的降雨模拟试验。
[0010]优选地，在步骤B中，当所述离心模型尺寸较小，需要进行降雨的区域较小时，在所述模型箱上固定连接对称的所述“L”形隔离架，并通过所述“L”形隔离架夹持用于分隔所述降雨板的区域的隔离板，从而实现所述降雨板上需要进行降雨的区域的隔离。
[0011]优选地，在步骤C中，在所述降雨板上方铺放1-3层土工织布。
[0012]优选地，所述降雨板上的小孔为多列，相邻的两列小孔之间的孔中心间距为2mm，每列小孔中相邻的小孔之间的孔中心间距为1mm。
[0013]优选地，相邻的两列小孔之间设置有宽度为1_，深度为1_的凹槽。
[0014]本发明还提供了一种用于上述方法的降雨模拟装置，其包括，一个设置在所述土工离心机外的可加压的供水箱，一个从所述离心机转臂伸出用于从所述供水箱引水的供水接头，一个设置在所述离心模型上方的均布有0.5mm小孔的降雨板，所述降雨板与所述离心模型顶面的距离小于10mm，所述降雨板通过“Z”形耳片固定在所述模型箱上，所述降雨板上方设置有至少一个安装梁，所述安装梁上设置有多个矩形喷嘴7，所述供水接头上连接有一个一对多的转接头，所述转接头通过软管与所述矩形喷嘴连接，所述矩形喷嘴为直射式压力型雾化喷嘴。
[0015]优选地，所述模型箱上固定连接有对称的“L”形隔离架，所述“L”形隔离架夹持有用于分隔所述降雨板的区域的隔离板，所述“L”形隔离架上夹持有用于分隔所述降雨板的区域的隔离板。
[0016]优选地，所述降雨板上铺放有1-3层土工织布。
[0017]优选地，所述降雨板上的小孔为多列，相邻的两列小孔之间的孔中心间距为2mm，每列小孔中相邻的小孔之间的孔中心间距为1mm。
[0018]优选地，相邻的两列小孔之间设置有宽度为1_，深度为1_的凹槽。
[0019]本发明提出了一种用于离心模型的降雨模拟方法及其装置，通过使用矩形雾化喷嘴，实现对降雨区域的均匀覆盖，通过设置降雨板，实现对水体的缓冲，避免水体对离心模型造成直接的冲击损坏，从而保障了离心模型的降雨区域的雨量均匀性，通过离心机外的可加压的供水箱实现对所述矩形雾化喷嘴的流量控制，从而实现多种雨量的精确模拟。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中，
[0021]图1显示的是根据本发明的一个具体实施例的一种用于离心模型的降雨模拟装置的结构示意图；
[0022]图2显示的是图1中的部分结构立体分解示意图；
[0023]图3显示的是图2的隔离架的结构示意图；
[0024]图4显示的是图3的隔离架所夹持的隔离板的结构示意图；
[0025]图5显示的是图2的C处局部放大示意图；
[0026]图6显示的是根据本发明的另一个具体实施例的图2的C处局部放大示意图；
[0027]图7为图1的多个矩形喷嘴的喷淋区域示意图。
【具体实施方式】
[0028]为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照【专利附图】
【附图说明】本发明的【具体实施方式】。其中，相同的部件采用相同的标号。
[0029]图1显示的是根据本发明的一个具体实施例的一种用于离心模型的降雨模拟装置的结构示意图；图2显示的是图1中的部分结构立体分解示意图；图5显示的是图2的C处局部放大示意图；图1中虚线为水流示意，为了便于图形表述，图2只显示了图1中的部分结构的立体分解示意图。
[0030]参见图1、2、5所示，本发明提供了一种用于离心模型的降雨模拟装置，所述离心模型I运行在Ng环境，所述离心模型I放置于一个模型箱2内，所述模型箱2放置于土工离心机的吊篮3中，其包括，一个设置在所述土工离心机外的可加压的供水箱4，一个从所述离心机转臂伸出用于从所述供水箱4引水的供水接头31，一个设置在所述离心模型I上方的均布有0.5mm小孔的降雨板5，所述降雨板5与所述离心模型I顶面的距离小于10mm，所述降雨板5通过“Z”形耳片21固定在所述模型箱2上，所述降雨板5上方设置有至少一个安装梁6，所述安装梁6上设置有多个矩形喷嘴7，所述供水接头31上连接有一个一对多的转接头32，所述转接头32通过软管与所述矩形喷嘴7连接，所述矩形喷嘴7为直射式压力型雾化喷嘴。
[0031]本发明要解决的问题是，在高G值环境(例如大于50G的离心试验环境)下，如何能够让降水比较均匀的落在所述离心模型I上，此外还有如何能够获得比较精确的降水量控制，为了能够让降水均匀的落在所述离心模型I上，本发明选择采用所述矩形喷嘴7来进行降水从点到面的转换，利用所述矩形喷嘴7在高压力下喷出的水流能够覆盖恒定区域的特性，通过多个所述矩形喷嘴7的设置来覆盖离心模型的降雨模拟试验所需要覆盖的区域，从而很好的保障降雨区域的雨量均匀性。
[0032]所述矩形喷嘴7为直射式压力型雾化喷嘴，这样可以便于利用市售的直射式压力型雾化喷嘴的参数来进行选择，从而可以保障在不对所述供水箱4加压力的情况下，单纯水体的重力不会从所述矩形喷嘴7中喷出，此外，直射式压力型雾化喷嘴的覆盖区域为较规则的矩形，也便于通过多个所述矩形喷嘴7比较均匀的覆盖离心模型的降雨模拟试验所需要覆盖的区域。
[0033]所述矩形喷嘴7喷出的水体速度较大，在高G值环境(例如大于50G的离心试验环境)中，如果直接冲击到所述离心模型I上，会对所述离心模型I造成损伤，本发明通过设置所述降雨板5对所述矩形喷嘴7喷出的水体进行缓冲，所述降雨板5与所述离心模型I顶面的距离小于10臟，这样，经由所述降雨板5缓冲的水体从其上的0.5mm小孔流到所述离心模型I时就不会对所述离心模型I造成直接的冲击损坏。
[0034]通过选择不同长度的所述“Z”形耳片21，可以确保对于不同尺寸的所述离心模型1，所述降雨板5与所述离心模型I顶面的距离小于10mm。
[0035]所述安装梁6用于安装所述矩形喷嘴7，所述矩形喷嘴7的数量根据离心模型的降雨模拟试验所需要覆盖的区域换算获得。
[0036]为了确保每个所述矩形喷嘴7获得同等的供水，所述供水接头31上连接有一个一对多的转接头32，所述转接头32单口固定连接所述供水接头31，所述转接头32的多口分别通过软管连接各个所述矩形喷嘴7，不用的接口封堵上，这样就可以确保每个所述矩形喷嘴7获得同等的供水。
[0037]所述供水箱4的出口处可设置有流量表，这样可以精确的控制所述供水箱4向所述矩形喷嘴7的供水量，从而获得较为精确的降雨量模拟。
[0038]所述“Z”形耳片21、所述安装梁6以及所述降雨板5均可选用高强度的轻质材料制成，这样可以尽量避免在高G值环境(例如大于50G的离心试验环境)下这些部件不产生大的变形从而造成环境参数偏差，此外还可以减轻对离心机的性能压力。例如，所述“Z”形耳片21、所述安装梁6以及所述降雨板5均可选用高强度轻质铝合金或者高强度碳纤维材料制成。
[0039]图3显示的是图2的隔离架的结构示意图；图4显示的是图3的隔离架所夹持的隔离板的结构示意图；参见图1-4所示，在一个优选实施例中，当所述离心模型I尺寸较小，离心模型的降雨模拟试验所需要覆盖的区域不需要覆盖整个所述降雨板5时，可以在所述模型箱2上固定连接对称的“L”形隔离架22，然后在所述“L”形隔离架22夹持有用于分隔所述降雨板5的区域的隔离板23。所述“L”形隔离架22上设置有凹槽，所述隔离板23仅仅用于对所述矩形喷嘴7喷出的水进行格挡，因此其不是主要的受力部件，所以可以选择较轻的塑料材料制成板状，然后插入所述“L”形隔离架22上的凹槽即可。
[0040]在一个优选实施例中，所述降雨板5上铺放有1-3层土工织布。这样可以进一步减缓从所述矩形喷嘴7喷出的水的冲击力，
[0041]参见图5所示，在一个优选实施例中，所述降雨板5上的小孔为多列，相邻的两列小孔之间的孔中心间距dl为2mm，每列小孔中相邻的小孔之间的孔中心间距d2为1mm。这样可以使得所述降雨板5上的小孔密度够大，对所述离心模型I的覆盖足够均匀。
[0042]图6显示的是根据本发明的另一个具体实施例的图2的C处局部放大示意图；参见图1、2、6所示，在另一个具体实施例中，相邻的两列小孔之间设置有宽度w为1_，深度h为Imm的凹槽。当所述矩形喷嘴7喷出的水流量较大时，通过所述凹槽可以使水体得到进一步缓冲，水体从所述凹槽漫出后再从所述小孔流向所述离心模型1，就可以进一步降低水体的冲击力。
[0043]本发明提供了一种用于离心模型的降雨模拟方法，所述离心模型I运行在Ng环境，所述离心模型I放置于一个模型箱2内，所述模型箱2放置于土工离心机的吊篮3中，在所述土工离心机外设置有一个可加压的供水箱4，从所述离心机转臂伸出有一个用于从所述供水箱4引水的供水接头31，所述模型箱在所述离心模型I上方设置有一个的均布有0.5mm小孔的降雨板5，所述降雨板5与所述离心模型I顶面的距离小于10mm，所述降雨板5通过“Z”形耳片21固定在所述模型箱2上，所述降雨板5上方设置有至少一个安装梁6，所述安装梁6上设置有多个矩形喷嘴7，所述供水接头31上连接有一个一对多的转接头32，所述转接头32通过软管与所述矩形喷嘴7连接，所述矩形喷嘴7为直射式压力型雾化喷嘴，所述降雨模拟方法包括如下步骤:
[0044]步骤A，在放置所述离心模型I之前，根据所述离心模型I的高度，将所述降雨板5装配工作位，在所述安装梁上设置一个所述矩形喷嘴7，将一对多的所述转接头32连接所述矩形喷嘴7，并将所述转接头32的其他接口堵塞，在所述降雨板5上铺放一张滤纸，使土工离心机运行在Ng环境，对所述供水箱4施加压力，使得所述矩形喷嘴7进行喷淋，测量所述滤纸上的喷淋区域尺寸，
[0045]步骤B，根据步骤A获得的所述矩形喷嘴7的喷淋区域尺寸，将所述降雨板5从所述模型箱2取下，在所述安装梁6上设置多个所述矩形喷嘴7，将所述转接头32连接多个所述矩形喷嘴7，使所述矩形喷嘴7喷淋到所述降雨板5上的喷淋区域相互重叠并覆盖所述降雨板5上需要进行降雨的区域，并堵塞其他的接口，图7为图1的多个矩形喷嘴的喷淋区域示意图，参见图7所示，同一根所述安装梁6上的相邻的所述矩形喷嘴7的所述喷淋区域71与72 (或73与74)的重叠宽度d3为1mm，相邻的所述安装梁6上对应的所述矩形喷嘴7的所述喷淋区域71与73 (或者72与74)的重叠宽度d4为2mm。
[0046]步骤C，将所述离心模型I放入所述模型箱2，并将所述降雨板5装配在所述模型箱2上方，使所述降雨板5位于所述离心模型I上方，使土工离心机运行在Ng环境，对所述供水箱4施加压力，使得步骤B中安装的所述矩形喷嘴7进行喷淋，从而实现对所述离心模型I的降雨模拟试验。
[0047]在一个优选实施例中，在步骤B中，当所述离心模型I尺寸较小，需要进行降雨的区域较小时，在所述模型箱2上固定连接对称的所述“L”形隔离架22，并通过所述“L”形隔离架22夹持用于分隔所述降雨板5的区域的隔离板23，从而实现所述降雨板5上需要进行降雨的区域的隔离。
[0048]在一个优选实施例中，在步骤C中，在所述降雨板5上方铺放1-3层土工织布。
[0049]在一个优选实施例中，所述降雨板5上的小孔为多列，相邻的两列小孔之间的孔中心间距dl为2mm，每列小孔中相邻的小孔之间的孔中心间距d2为1mm。
[0050]在一个优选实施例中，相邻的两列小孔之间设置有宽度w为1mm，深度h为Imm的凹槽。
[0051]本发明提出了一种用于离心模型的降雨模拟方法及其装置，通过使用矩形雾化喷嘴，实现对降雨区域的均匀覆盖，通过设置降雨板，实现对水体的缓冲，避免水体对离心模型造成直接的冲击损坏，从而保障了离心模型的降雨区域的雨量均匀性，通过离心机外的可加压的供水箱实现对所述矩形雾化喷嘴的流量控制，从而实现多种雨量的精确模拟。
[0052]本领域技术人员应当理解，虽然本发明是按照多个实施例的方式进行描述的，但是并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案。说明书中如此叙述仅仅是为了清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体加以理解，并将各实施例中所涉及的技术方案看作是可以相互组合成不同实施例的方式来理解本发明的保护范围。
[0053]以上所述仅为本发明示意性的【具体实施方式】，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的等同变化、修改与结合，均应属于本发明保护的范围。
【权利要求】
1.一种用于离心模型的降雨模拟方法，所述离心模型运行在Ng环境，所述离心模型放置于一个模型箱内，所述模型箱放置于土工离心机的吊篮中，在所述土工离心机外设置有一个可加压的供水箱，从所述离心机转臂伸出有一个用于从所述供水箱引水的供水接头，所述模型箱在所述离心模型上方设置有一个的均布有0.5mm小孔的降雨板，所述降雨板与所述离心模型顶面的距离小于10mm，所述降雨板通过“Z”形耳片固定在所述模型箱上，所述降雨板上方设置有至少一个安装梁，所述安装梁上设置有多个矩形喷嘴，所述供水接头上连接有一个一对多的转接头，所述转接头通过软管与所述矩形喷嘴连接，所述矩形喷嘴为直射式压力型雾化喷嘴，所述降雨模拟方法包括如下步骤: 步骤A，在放置所述离心模型之前，根据所述离心模型的高度，将所述降雨板装配工作位，在所述安装梁上设置一个所述矩形喷嘴，将一对多的所述转接头连接所述矩形喷嘴，并将所述转接头的其他接口堵塞，在所述降雨板上铺放一张滤纸，使土工离心机运行在Ng环境，对所述供水箱施加压力，使得所述矩形喷嘴进行喷淋，测量所述滤纸上的喷淋区域尺寸， 步骤B，根据步骤A获得的所述矩形喷嘴的喷淋区域尺寸，将所述降雨板从所述模型箱取下，在所述安装梁上设置多个所述矩形喷嘴，将所述转接头连接多个所述矩形喷嘴，使所述矩形喷嘴喷淋到所述降雨板上的喷淋区域相互重叠并覆盖所述降雨板上需要进行降雨的区域，同一根所述安装梁6上的相邻的所述矩形喷嘴的所述喷淋区域的重叠宽度为1mm，相邻的所述安装梁上对应的所述矩形喷嘴的所述喷淋区域的重叠宽度为2mm，并堵塞其他的接口， 步骤C，将所述离心模型放入所述模型箱，并将所述降雨板装配在所述模型箱上方，使所述降雨板位于所述离心模型上方，使土工离心机运行在Ng环境，对所述供水箱施加压力，使得步骤B中安装的所述矩形喷嘴进行喷淋，从而实现对所述离心模型的降雨模拟试验。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤B中，当所述离心模型尺寸较小，需要进行降雨的区域较小时，在所述模型箱上固定连接对称的所述“L”形隔离架，并通过所述“L”形隔离架夹持用于分隔所述降雨板的区域的隔离板，从而实现所述降雨板上需要进行降雨的区域的隔离。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤C中，在所述降雨板上方铺放1-3层土工织布。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述降雨板上的小孔为多列，相邻的两列小孔之间的孔中心间距为2mm，每列小孔中相邻的小孔之间的孔中心间距为1mm。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，相邻的两列小孔之间设置有宽度为1mm，深度为Imm的凹槽。
6.一种用于离心模型的降雨模拟装置，其特征在于，所述离心模型运行在Ng环境，所述离心模型放置于一个模型箱内，所述模型箱放置于土工离心机的吊篮中，其包括，一个设置在所述土工离心机外的可加压的供水箱，一个从所述离心机转臂伸出用于从所述供水箱引水的供水接头，一个设置在所述离心模型上方的均布有0.5_小孔的降雨板，所述降雨板与所述离心模型顶面的距离小于10mm，所述降雨板通过“Z”形耳片固定在所述模型箱上，所述降雨板上方设置有至少一个安装梁，所述安装梁上设置有多个矩形喷嘴7，所述供水接头上连接有一个一对多的转接头，所述转接头通过软管与所述矩形喷嘴连接，所述矩形喷嘴为直射式压力型雾化喷嘴。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述模型箱上固定连接有对称的“L”形隔离架，所述“L”形隔离架夹持有用于分隔所述降雨板的区域的隔离板，所述“L”形隔离架上夹持有用于分隔所述降雨板的区域的隔离板。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述降雨板上方铺放有1-3层土工织布。
9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述降雨板上的小孔为多列，相邻的两列小孔之间的孔中心间距为2mm，每列小孔中相邻的小孔之间的孔中心间距为1mm。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，相邻的两列小孔之间设置有宽度为1_，深度为Imm的凹槽。
【文档编号】G01N33/24GK104391103SQ201410581766
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年10月27日 优先权日:2014年10月27日
【发明者】侯瑜京, 张雪东, 彭仁, 王存 申请人:中国水利水电科学研究院
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