混合粒子流冲击试验装置的制作方法

本发明涉及一种室内试验装置，具体涉及一种混合粒子流冲击试验装置。

背景技术：

混合粒子流冲击试验是研究混合流与结构相互作用的一种重要手段，而现有的室内试验装置多为只能进行流体冲击，或者可实现流体与固体粒子相混合，但设备复杂，试验成本高，极少满足这类试验的要求。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提供了一种混合粒子流冲击试验装置。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

混合粒子流冲击试验装置，包括输水水箱、粒子混合管、固体粒子添加筒、试验箱和储水箱；所述输水水箱通过粒子混合管与试验箱相连通，所述输水水箱为封闭水箱，内设有一压力表，上顶面设置有一进水口和一进气口，所述粒子混合管上方安装有固体粒子添加筒，且固体粒子添加筒的下部细管上安装有粒子截止阀，所述的试验箱上方设置有一反力架，反力架与试验箱固定连接成整体，右侧设有一可活动的挡板，通过挡板开度控制试验箱内水位高度；所述反力架上顶面设置有一加载器，所述加载器通过加载杆对试验试件施加竖向荷载，所述试验箱内底面设有一试件凹槽，所述试件凹槽位于所述加载杆的正下方，所述的储水箱为开放式水箱，通过支撑杆安装在输水水箱和试验箱的下方，所述储水箱内设有水泵，且通过拦沙网分隔为两个空间。

其中，所述粒子混合管上还设有输水截止阀，输水截止阀位于输水水箱和固体粒子添加筒之间。

其中，所述固体粒子添加筒的下部细管深入至粒子混合管中心位置，且下部细管管口背水面开口，迎水面下部阻塞，内部由光滑曲面引导固体粒子下滑出固体粒子添加筒。

其中，试验箱的底板表面为粗糙表面，具有一定的摩擦力。

其中，所述输水水箱下方设有输水水箱出水口。

其中，所述输水水箱上还设有输水水箱水位线。

本发明具有以下有益效果：

可用于流体和固体粒子形成的混合流对试验试件进行冲击试验，借以研究试验试件的外观损伤破坏，同时通过施加竖向荷载，研究试验试件在形成一定破坏形态情况下的竖向承载力；也可用于模拟仿真河道冲刷过程，研究在试验试件存在时河床受混合流冲刷造成的河床形态演变。

附图说明

图1为本发明的立体视图。

图2为本发明的输水水箱的立体视图。

图3为本发明的粒子混合管及固体粒子添加筒的立体视图。

图4为本发明的试验箱的立体视图。

图5是本发明的储水箱及支撑杆的立体视图。

图中：1、输水水箱；2、进水口；3、进气口；4、压力表；5、粒子混合管；6、固体粒子添加筒；7、试验箱；8、反力架；9、加载器；10、挡板；11、输水水箱水位线；12、输水水箱出水口；13、输水截止阀；14、粒子截止阀；15、试验箱进水口；16、加载杆；17、试件凹槽；18、试验箱底板；19、储水箱；20、支撑杆；21、拦沙网；22、水泵。

具体实施方式

为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1-图5所示，本发明实施例提供了混合粒子流冲击试验装置，包括输水水箱1、粒子混合管5、固体粒子添加筒6、试验箱7和储水箱19，所述的输水水箱1上部设置一个进水口2，可连接水泵22为输水水箱1持续供水；设置一个进气口3，可外接气泵为输水水箱1持续供输空气；设置一个压力表4，时刻检测输水水箱1内气压变化。输水水箱1为封闭水箱，可通过调节水泵22和外接气泵的进水、输气速率，在输水水箱1内实现恒压恒水头、变压恒水头、变水头恒压试验。所述的粒子混合管5设置有输水截止阀13，可控制输水水箱1内的水流流出；设置有固体粒子添加筒6，可为粒子混合管5添加固体粒子。粒子混合管5在固体粒子添加筒6之后由圆形管渐变为椭圆形管，与试验箱7连接为椭圆孔连接。所述的固体粒子添加筒6设置有粒子截止阀14，可控制固体粒子添加速率；为防止水流倒流至固体粒子添加筒6内，固体粒子添加筒6的下部细管深入至粒子混合管5中心位置，并在管口背水面开口，迎水面下部阻塞，内部由光滑曲面引导固体粒子下滑出固体粒子添加筒6。所述的试验箱7上部设置反力架8，反力架8上部设置加载器9，通过加载杆16对试验试件施加竖向荷载；加载杆16正下方设置试件凹槽17，用于放置并固定试件；所述的储水箱19为开放式水箱，通过支撑杆20安装在输水水箱1和试验箱7的下方，所述储水箱19内设有水泵22，且通过拦沙网21分隔为两个空间，试验箱7右侧设置挡板10，通过挡板10开度控制试验箱7内水位高度。试验箱底板18表面为粗糙表面，具有一定的摩擦力。所述的加载器9、水泵22为现有已知技术，在此不再赘述。

实施例一

将储水箱19内注入一定量的水，接通水泵22的电源，为输水水箱1持续供水，外接气泵同时工作，为输水水箱1持续供气。待达到输水水箱1指定水位线及压力状态时，打开输水截止阀13为试验箱7供水，同时调节水泵22及外接气泵供水、供气速率。待试验箱7内水流流速稳定后，打开固体粒子添加筒6上的粒子截止阀14，使固体粒子添加筒6内事先准备的具有合理级配的沙粒滑入粒子混合管5。将试验试件放入试件凹槽17内，并通过加载杆16对试件施加竖向荷载，同时起到固定试件的目的。试验进行到指定时间后，通过加载杆16卸载试件上的荷载，取出试件进行外观损伤研究；此外，也可通过调节加载杆16改变竖向荷载大小，实现试验试件在形成一定破坏形态情况下的竖向承载力研究。试验结束后首先关闭水泵22及外接气泵电源，关闭粒子截止阀14，待输水水箱1内水流全部流出后关闭输水截止阀13，待试验箱7内无水后清理试验箱7。

实施例二

将试验试件预先放入试件凹槽17内，并通过加载杆16对试件施加竖向荷载，固定试件。然后将试验箱7内预先铺设一定厚度的泥土砂石，模拟天然河床状态，厚度不应高于试验箱进水口15最低点。铺设完毕后在泥土砂石上铺一层不透水薄膜，用于隔绝试验初期试验箱7内不稳定水流对模拟河床的影响。将储水箱19内注入一定量的水，接通水泵22的电源，为输水水箱1持续供水，外接气泵同时工作，为输水水箱1持续供气。待达到输水水箱1指定水位线及压力状态时，打开输水截止阀13为试验箱7供水，同时调节水泵22及外接气泵供水、供气速率。待试验箱7内水流流速稳定后，打开固体粒子添加筒6上的粒子截止阀14，使固体粒子添加筒6内事先准备的具有合理级配的沙粒滑入粒子混合管5，同时将不透水薄膜撤出。随着试验的进行，实现在试验试件存在时河床受混合流冲刷造成的河床形态演变的研究。试验结束后首先关闭水泵22及外接气泵电源，关闭粒子截止阀14，待输水水箱1内水流全部流出后关闭输水截止阀13，待试验箱7内无水后清理试验箱7。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种混合粒子流冲击试验装置，输水水箱通过粒子混合管与试验箱相连通，输水水箱为封闭水箱，内设有一压力表，上顶面设置有一进水口和一进气口，粒子混合管上方安装有固体粒子添加筒，且固体粒子添加筒的下部细管上安装有粒子截止阀，试验箱上方设置有一反力架，右侧设有一可活动的挡板，通过挡板开度控制试验箱内水位高度；反力架上顶面设置有一加载器，加载器通过加载杆对试验试件施加竖向荷载，试验箱内底面设有一试件凹槽，试件凹槽位于所述加载杆的正下方。本发明可用于流体和固体粒子形成的混合流对试验试件进行冲击试验，也可用于模拟仿真河道冲刷过程，研究在试验试件存在时河床受混合流冲刷造成的河床形态演变。

技术研发人员：张宪堂;李泽熹;马晴;王洪立;周红敏;李丹;王清
受保护的技术使用者：山东科技大学
技术研发日：2017.06.30
技术公布日：2017.09.08