一种新型离心雾化降雨模型试验装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种新型离心雾化降雨模型试验装置，基于涡流雾化技术的新型雾化喷头组集喷头阵列，结合铝合金开孔板和PU管、气动接头等形成离心降雨器的主体结构，在离心机外部设置供水箱，其中的水通过水泵和压力表、调节阀等控制装置进入降雨系统供水管路，在给定的水压力驱动下通过气动接头和PU管，进而冲击雾化喷头的涡道，根据水压力大小不同和喷头型号差异而形成不同大小的涡流力，进而造成水雾的颗粒大小及运动速率也不相同，即可在土工离心机模型箱中形成不同强度的降雨。在试验过程中通过线路中的电磁阀实时控制降雨的开始和结束，结合供水管路中的压力泵，可实现不同的降雨历时和降雨强度，进而实现不同的雨型。
【专利说明】一种新型离心雾化降雨模型试验装置
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及降雨模型试验【技术领域】，特别是一种新型离心雾化降雨模型试验 装直。
【背景技术】
[0002] 目前，在离心场中模拟降雨时多采用筛网式或喷淋式降雨器，前者通过供水箱、空 压机、钢丝网和半透膜等装置形成雨滴，而后者则将钢丝网和半透膜替换为单一的喷淋式 喷头。上述装置形成的雨滴一般较大（2. 4mnT6. 0mm)，当其在离心场中经离心加速作用到 达岩土结构体表面时会形成较大的惯性力，易对岩土结构体表面形成较大的溅蚀和动力作 用，造成试验结果严重失真的现象，难以模拟岩土结构物受持续降雨影响的力学响应。此 夕卜，上述两种降雨器还面临雨强可调幅度有限(一般仅可模拟2~4个不同的雨强)，降雨器结 构复杂、易失效，部分部件的寿命短，造价高，后期使用和维护困难等问题。
【发明内容】
[0003] 本实用新型的目的是为了克服现有离心降雨试验系统中雨滴过大、部件易失效的 不足而提供一种新型离心雾化降雨模型试验装置。
[0004] 为达到上述目的，本实用新型是按照以下技术方案实施的：
[0005] -种新型离心雾化降雨模型试验装置，包括离心机和设置在离心机外侧的水槽， 离心机外设有控制离心机的控制器，离心机内的转臂设有吊篮，吊篮内固定有模型箱，离心 机顶部设有进水口，转臂上设有出水口，所述进水口连接有第一电磁阀，第一电磁阀的入水 口通过管路依次连接有流量表、调节阀、压力表和压力泵，压力泵的入水口通过管路连通水 槽；所述出水口设有第二电磁阀，第二电磁阀的出水端连接有喷洒装置，控制器分别连接并 控制压力泵、调节阀、第一电磁阀和第二电磁阀；所述喷洒装置由液压管、铜三通、PU管、转 接头、涡流式雾化喷头和铝合金板组成，铝合金板通过螺钉固定在模型箱顶部，铝合金板上 还开有通孔，涡流式雾化喷头固定在通孔内，所述液压管的一端与第二电磁阀的出水端连 接、另一端连接一个铜三通的入水口，铜三通一个出水口连接I 3U管、另一个出水口连接PU 管或者另一个铜三通的进水口，所述PU管另一端连接有转接头，转接头与涡流式雾化喷头 固定连接。
[0006] 作为本实用新型的进一步优选方案，所述铝合金板上设有3行X4列直径为 _ 12mm的通孔。
[0007] 作为本实用新型的进一步优选方案，所述涡流式雾化喷头的孔径为0. 03~0. 5mm。
[0008] 作为本实用新型的进一步优选方案，所述压力泵与水槽之间设有总开关，总开关 与压力泵之间设有过滤器。
[0009] 本实用新型采用基于涡流雾化技术的新型雾化喷头组集喷头阵列，结合铝合金开 孔板和PU管、气动接头等形成离心降雨器的主体结构。在离心机外部设置供水箱，其中的 水通过水泵和压力表、调节阀等控制装置进入降雨系统供水管路，在给定的水压力驱动下 通过气动接头和PU管，进而冲击雾化喷头的涡道，根据水压力大小不同和喷头型号差异而 形成不同大小的涡流力，进而造成水雾的颗粒大小及运动速率也不相同，即可在土工离心 机模型箱中形成不同强度的降雨。在试验过程中通过线路中的电磁阀实时控制降雨的开始 和结束，结合供水管路中的压力泵，可实现不同的降雨历时和降雨强度，进而实现不同的雨 型。
[0010] 与现有技术相比，本实用新型可以解决离心模型试验中雨滴过大的问题，以及雨 强调节范围有限的问题，提高了岩土结构物降雨力学响应试验成果的可信度，且结构简单， 经济实用。
【专利附图】
【附图说明】
[0011] 图1是本实用新型的结构示意图；
[0012] 图2是本实用新型喷洒装置的结构示意图；
[0013] 图3是本实用新型的喷洒装置的铝合金板上通孔的分布示意图；
[0014] 图4是均匀性验证本实用新型时铝盒在模型箱内的位置示意图；
[0015] 图5是不同供水压强降雨均匀系数图；
[0016] 图6是不同喷头型号降雨均匀系数图；
[0017] 图7是试验后模型箱内边坡坡面性状俯视图；
[0018] 图8是离心加速度等于80g时降雨强度-水压力-喷头型号之间的关系图。
【具体实施方式】
[0019] 下面结合附图以及具体实施例对本实用新型作进一步描述，在此实用新型的示意 性实施例以及说明用来解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。
[0020] 如图1、图2和图3所示的一种新型离心雾化降雨模型试验装置，包括离心机1和 设置在离心机1外侧的水槽16,离心机1外设有控制离心机1的控制器17,离心机1内的 转臂2设有吊篮3,吊篮3内固定有模型箱4,离心机1顶部设有进水口 8,转臂2上设有出 水口 7,所述进水口 8连接有第一电磁阀9,第一电磁阀9的入水口通过管路10依次连接 有流量表11、调节阀12、压力表18和压力泵13,压力泵13的入水口通过管路10连通水槽 16 ;所述出水口 7设有第二电磁阀6,第二电磁阀6的出水端连接有喷洒装置5,控制器17 分别连接并控制压力泵13、调节阀12、第一电磁阀9和第二电磁阀6 ;所述喷洒装置由液压 管501、铜三通502、PU管503、转接头504、涡流式雾化喷头505和铝合金板506组成，铝合 金板506通过螺钉固定在模型箱4顶部，铝合金板506上还开有通孔507,涡流式雾化喷头 505固定在通孔507内，所述液压管501的一端与第二电磁阀6的出水端连接、另一端连接 一个铜三通502的入水口，铜三通502 -个出水口连接PU管503、另一个出水口连接PU管 503或者另一个铜三通502的进水口，所述PU管503另一端连接有转接头504,转接头504 与涡流式雾化喷头505之间采用螺纹连接，便于拆卸、更换且安全可靠，铝合金板506上设 有3行X4列直径为# 12_的通孔507。
[0021] 考虑到目前市场上常用的流量计量程大、精度低、规格单一等特点，通过比选采用 微型流量计作为流量表11，该流量表11内设基于霍尔原理的涡轮式流量传感器，尺寸小， 精度高，可直接组集到供水通路系统中。流量监控采用CHJ型智能流量累积仪，该仪器可通 过编程功能设置不同的精度和量程，且具有数字滤波和流量滤波功能，可同时显示累积流 量和瞬时流量。
[0022] 压力泵13与水槽16之间设有总开关15,总开关15与压力泵13之间设有过滤器 14,其中过滤器14采用超高分子PE膜型滤芯，可有效地减小杂质对于电磁阀和管道的堵 塞。压力泵13为微电动隔膜式直流水泵，结合60W调速器可动态改变水压力大小，其数值 大小可通过压力表18实时显示。供水系统中各组件通过铝塑管进行连接，为保证系统能够 有效工作，接头之间采用热溶胶进行防漏水处理。此外，为减小试验过程中管道压力损失， 各管件之间的连接尽量位于同一直线上，部分线路需转角时则采用大于120°的弧度过渡。
[0023] 在试验过程，模型箱4跟着离心机的转臂2 -起转动(如图中虚线位置)，在试验过 程中通过压力泵13和压力表18等组件改变通水管路中的压力，配合不同孔径的的涡流式 雾化喷头505即可形成不同降雨强度等形式的降雨。在试验过程中控制器17离心机1、压 力泵13、调节阀12、第一电磁阀9和第二电磁阀6进行同步控制。
[0024] 以下对本实用新型离心雾化降雨模型试验装置的有效性作进一步的验证：
[0025] 主要包括均匀性验证、防溅蚀验证和雨强范围验证。
[0026] a)均匀性验证
[0027] 参照图4,以模型箱4底部左下角为坐标原点，在其长短边方向上分别放置7 X 5个 铝盒19作为测点，为避免离心机转动过程中铝盒19发生倾倒和滑动，采用双面胶将铝盒 19固定在模型箱4底部。将模型箱4分别置于以下两种试验条件下，得出沿模型箱长度和 宽度方向上各测点的雨量值，并按照式（1)换算成均匀系数。对涡流式雾化喷头505进行编 号：1号喷头，0. 03mm ;2号喷头，0. Imm ;3号喷头，0. 2mm ;4号喷头，0. 3mm ;5号喷头，0. 4mm ; 6号喷头，0. 5mm。
[0028] 条件一 ：3号喷头，加速度a=100g，供水压强分别为Ρ=0· 2MPa、0. 4MPa、0. 6MPa、 0. 8MPa的条件下；
[0029] 条件二：供水压强分别为P=0. 6MPa和结合1飞号喷头的试验情况下。
【权利要求】
1. 一种新型离心雾化降雨模型试验装置，包括离心机（1)和设置在离心机（1)外侧的 水槽（16)，离心机（1)外设有控制离心机（1)的控制器（17)，离心机（1)内的转臂（2)设 有吊篮（3)，吊篮（3)内固定有模型箱（4)，离心机（1)顶部设有进水口（8)，转臂（2)上设 有出水口（ 7 )，其特征在于：所述进水口（ 8 )连接有第一电磁阀（9 )，第一电磁阀（9 )的入水 口通过管路（10)依次连接有流量表（11)、调节阀（12)、压力表（18)和压力泵（13)，压力泵 (13 )的入水口通过管路（10 )连通水槽（16 );所述出水口（ 7 )设有第二电磁阀（6 )，第二电 磁阀（6)的出水端连接有喷洒装置（5)，控制器（17)分别连接并控制压力泵（13)、调节阀 (12) 、第一电磁阀（9)和第二电磁阀（6);所述喷洒装置由液压管（501)、铜三通（502)、PU管 (503)、转接头（504)、涡流式雾化喷头（505)和铝合金板（506)组成，铝合金板（506)通过螺 钉固定在模型箱（4)顶部，铝合金板（506)上还开有通孔（507)，涡流式雾化喷头（505)固定 在通孔（507)内，所述液压管（501)的一端与第二电磁阀（6)的出水端连接、另一端连接一 个铜三通（502)的入水口，铜三通（502) -个出水口连接PU管（503)、另一个出水口连接PU 管（503 )或者另一个铜三通（502 )的进水口，所述PU管（503 )另一端连接有转接头（504 )， 转接头（504)与涡流式雾化喷头（505)固定连接。
2. 根据权利要求1所述的新型离心雾化降雨模型试验装置，其特征在于：所述铝合金 板（506)设有3行X4列直径为# 12_的通孔（507)。
3. 根据权利要求1所述的新型离心雾化降雨模型试验装置，其特征在于：所述涡流式 雾化喷头（505)的孔径为0. 03?0. 5mm。
4. 根据权利要求1所述的新型离心雾化降雨模型试验装置，其特征在于：所述压力泵 (13) 与水槽（16)之间设有总开关（15)，总开关（15)与压力泵（13)之间设有过滤器（14)。
【文档编号】G01N33/24GK204165973SQ201420634515
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年10月30日 优先权日:2014年10月30日
【发明者】李龙起, 巨能攀, 赵偲聪, 徐骏, 黄健 申请人:李龙起