变坡水槽试验系统的制作方法

本发明涉及非均匀流水面曲线实验设备技术领域，具体涉及一种变坡水槽试验系统。

背景技术：

明渠是一种具有自由表面水流的渠道，根据它的形成可以分为天然明渠和人工明渠。分析和计算水面曲线是作好明渠设计与有关建筑设计的关键问题，其中，由于明渠均匀流的水面曲线是平行于渠底的直线，比较简单，因此明渠水面曲线主要研究的是非均匀流。非均匀流是指流体的流速大小与方向沿程不断变化的水流。

变坡水槽试验系统的变坡采用薄壁堰作为核心有效量水工具，薄壁堰具有稳定的水头和流量关系，由于曲线型实用堰的外形一般按照薄壁堰水舌下缘曲线设计，因此研究薄壁堰具有重要的实际意义。现有技术中的变坡水槽试验系统一般包括水槽、水泵、蓄水池、薄壁堰。现有技术中的变坡水槽试验系统结构比较单一，研究结果不准确，试验效果并不理想。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提供一种试验效果优异的变坡水槽试验系统，以解决现有技术中的变坡水槽试验系统的研究结果不准确，试验效果不理想的问题。

本发明变坡水槽试验系统，包括水槽、泵水装置、蓄水池、薄壁堰，所述水槽内纵向设有迂回的水流通道，所述水流通道包括与泵水装置相连且供泵入的水流倾斜流出的上层通道、供上层通道的水流流入后倾斜流出的中层通道以及供中层通道的水流流入的下层通道，所述薄壁堰设置于上层通道靠近上层水流出口的位置，所述中层通道的中层水流出口处设有控制中层水流通断的水流控制结构，所述中层通道的中层水流入口处设有挡水板，所述中层通道上靠近中层流水出口的位置设有涵洞。采用本发明能够集多种模拟情形于一体，同时测量出多种型式的水面曲线，准确而全面地模拟变坡状态下的水流情况，准确分析和计算水面曲线，由此为明渠设计提供准确的参考实验数据，具有较高的参考价值。

进一步地，所述水槽内由上至下依次横向设置有上层板、中层板以及下层板，所述上层板、中层板以及下层板的上表面均为倾斜面，所述水槽顶部与上层板构成上层通道，所述上层板与中层板构成中层通道，所述中层板与下层板构成下层通道。

进一步地，所述上层板的倾斜度为5-15°。

进一步地，所述中层板包括倾斜度为5-15°的中层前段以及倾斜度为0-5°的中层后段。

进一步地，所述下层板为阶梯状板，所述下层板包括倾斜设置的下层前端以及水平设置的下层后段。

进一步地，所述上层板、中层板、下层板、水槽、蓄水池通过固定支架连为一体结构。由此使得本发明结构更加紧凑，更加稳定。

进一步地，所述水流控制结构为设置于中层水流出口处的阀门结构。

进一步地，所述阀门结构包括一端固定于水槽内壁的阀座、设置于阀座上的旋钮以及于旋钮联动的阀板。

进一步地，所述泵水装置包括设置于蓄水池内的水泵以及水泵与上层通道之间依次连有的过滤筒，初始水箱。过滤筒能够对泵入的谁进行过滤，过滤筒上标有刻度能够粗略的查看水流流量。由于泵入的水流一开始并不稳定，因此加设初始水箱能够使得水流变缓。

进一步地，所述泵水装置的开关设置于蓄水池的外壁上。由此方便操作。

本发明与现有技术相比优点在于：采用本发明能够集多种模拟情形于一体，同时测量出多种型式的水面曲线，准确而全面地模拟变坡状态下的水流情况，准确分析和计算水面曲线，由此为明渠设计提供准确的参考实验数据，具有较高的参考价值。

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明。本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的具体实施方式、示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明的结构示意图。

图2为图1中i的结构放大示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的具体实施方式、实施例以及其中的特征可以相互组合。现将参考附图并结合以下内容详细说明本发明。

为了使本领域技术人员更好的理解本发明方案，下面将结合本发明具体实施方式、实施例中的附图，对本发明具体实施方式、实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一分部的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的具体实施方式、实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施方式、实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是本发明中采用的薄壁堰：

本发明变坡水槽试验系统，包括水槽1、泵水装置5、蓄水池4、薄壁堰31，所述水槽1内纵向设有迂回的水流通道，所述水流通道包括与泵水装置5相连且供泵入的水流倾斜流出的上层通道a、供上层通道a的水流流入后倾斜流出的中层通道b以及供中层通道b的水流流入的下层通道c，所述薄壁堰31设置于上层通道a靠近上层水流出口的位置，所述中层通道b的中层水流出口处设有控制中层水流通断的水流控制结构，所述中层通道b的中层水流入口处设有挡水板32，所述中层通道b上靠近中层流水出口的位置设有涵洞33。

所述水槽1内由上至下依次横向设置有上层板21、中层板22以及下层板23，所述上层板21、中层板22以及下层板23的上表面均为倾斜面，所述水槽1顶部与上层板21构成上层通道a，所述上层板21与中层板22构成中层通道b，所述中层板22与下层板23构成下层通道c。

所述上层板21的倾斜角度为5-15°。

所述中层板22包括倾斜度为5-15°的中层前段以及倾斜度为0-5°的中层后段。

所述下层板23为阶梯状板，所述下层板23包括倾斜设置的下层前端以及水平设置的下层后段。

所述上层板21、中层板22、下层板23、水槽1、蓄水池4通过固定支架连为一体结构。

所述水流控制结构为设置于中层水流出口处的阀门结构。

所述阀门结构包括一端固定于水槽1内壁的阀座222、设置于阀座222上的旋钮221以及于旋钮221联动的阀板223。

所述泵水装置5包括设置于蓄水池4内的水泵以及水泵与上层通道a之间依次连有的过滤筒52，初始水箱53。

所述泵水装置5的开关41设置于蓄水池4的外壁上。

如图1所示，本具体实施方式中变坡水槽试验系统为上下结构，包括设置于下部的蓄水池4、设置于上部的水槽1，所述水槽1为有机玻璃构成的透明水槽结构，所述水槽1内至上而下依次横向设有上层板21、中层板22以及下层板23，其中上层板21一端与水槽1内壁相连，另一端与水槽1内壁间隔一段距离形成上层水流出口，所述上层板21的倾斜度为5-15°；所述中层板22对应于上层水流出口的一端与水槽1内壁相连，另一端与水槽1内壁间隔一段距离形成中层水流出口，所述中层板22包括倾斜度为5-15°的中层前段以及倾斜度为0-5°的中层后段；所述下层板23两端均与水槽1内壁相连，所述下层板23为阶梯状板结构，所述下层板23包括倾斜设置的下层前端以及水平设置的下层后段。所述下层板23的倾斜度也可采用5-15°。所述上层板21、中层板22、下层板23、水槽1、蓄水池4通过固定支架连为一体结构，具体来说上层板21、中层板22、下层板23的两侧面均通过若干条不锈钢的固定杆通过螺栓结构固定在水槽1的壁上，若干条不锈钢的固定杆下端通过不锈钢底座彼此相连，不锈钢底座固定于蓄水池4内。

上层板21与水槽1顶部构成上层通道a，上层板21与中层板22构成中层通道b，中层板22与下层板23构成下层通道c，上层通道a、中层通道b以及下层通道c通过上层水流出口、中层水流出口依次连通形成一条迂回的水流通道，其中中层水流出口处设有一个阀门结构。所述蓄水池4延伸出泵水装置5与上层通道4连通，所述泵水装置5包括设置于蓄水池4内部的水泵51、过滤筒52、初始水箱53。

如图2所示，该阀门结构包括包括一端固定于水槽1内壁的阀座222、设置于阀座222上的旋钮221以及于旋钮221联动的阀板223。

本发明模拟变坡状态下的水流情况更加全面，通过上述结构能够准确分析和计算水面曲线，由此为明渠设计提供准确的参考实验数据。

本发明实验原理为：通过控制水泵51以及观察过滤筒52的刻度时刻保持水流流量不变，打开水泵51，将蓄水池4中的水泵入过滤筒52中进行过滤，之后经过初始水箱53对初始水流进行稳流，之后水流进入上层通道a，受到薄壁堰31的作用，之后进入到中层通道b，在中层通道b先受到挡水板32的作用，之后受到涵洞33的作用，之后打开阀门结构，水流进入到下层通道c，在下层通道c。在水流流经上层通道a、中层通道b、下层通道c的过程中外接水位针对薄壁堰31处、挡水板32处、涵洞33处进行测量。水流在上述不同的通道流动时形成不同型式的水面曲线。

本发明在具体使用时试验步骤为：

(1)把本发明的各常数测记于实验表格中；

(2)开启水泵，调节调速器使水流量最大，待稳定后测量过槽流量，重测两次取其均值；

(3)观察槽内三个通道在临界流(均匀流)时的水面曲线，然后观察水流在经过薄壁堰31、挡水板32、涵洞33各个位置时前后的水流曲线，并将曲线绘于记录纸上；

(4)实验结束，关闭水泵。

按照变坡水槽试验对实验过程中各个参数进行测量并记录，分析和计算水流在上述三个通道内的水面曲线。

采用本发明能够集多种模拟情形于一体，同时测量出多种型式的水面曲线，准确而全面地模拟变坡状态下的水流情况，准确分析和计算水面曲线，由此为明渠设计提供准确的参考实验数据，具有较高的参考价值。