模拟风沙水沙交互作用的实验系统的制作方法

本发明涉及一种模拟风沙水沙交互作用的实验系统，特别涉及一种用于模拟水、风交互作用下风沙物质动力过程、运移机理和风沙地貌形成演化过程的实验系统，属于风沙水沙交互实验技术领域。

背景技术：

我国海岸线绵长，沿岸散落分布着粉砂质泥沙，海岸的港口工程及海岸工程的建设面临着粉砂质泥沙产生的淤积冲刷等灾害问题。但由于海岸上风沙水沙交互作用的复杂性，单纯的风洞或者循环水槽实验都难以模拟出真实的地表状况；同时因为自然风的短暂性和可变性，导致实地野外观测较难实现，从而对河海岸风力、水力交互作用下的风沙运动规律研究较少。

目前地表风蚀问题中，实验室风洞模拟实验仅定量地研究了各种风力作用下的风沙运动特性。而水槽主要用来模拟层流、内波以及不规则波浪所带来的影响。但风沙活动和风沙地貌不仅出现在干旱和半干旱区，漫长的海岸线上，潮涨潮落带来的水力冲刷及频繁的海风作用也严重影响着相关风沙地貌的形成演化。如何对风沙水沙的交互作用进行模拟，仍是业界亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提供一种模拟风沙水沙交互作用的实验系统，以克服现有技术中的不足。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

本发明实施例提供了一种模拟风沙水沙交互作用的实验系统，其包括：

洞体，所述洞体内具有能够容置待测沙物质的实验腔室；

风动力装置，其至少用于向所述实验腔室中提供气流；

水动力装置，其至少用于向所述实验腔室中提供水流；

其中，所述洞体活动设置在导轨上，并能够沿所述导轨活动于第一工位和第二工位；在所述第一工位处，所述洞体与所述风动力装置配合，而使所述风动力装置能够向所述实验腔室中提供气流；在所述第二工位处，所述洞体与所述水动力装置配合，而使所述水动力装置能够向所述实验腔室中提供水流。

在一些较为具体的实施方案中，所述模拟风沙水沙交互作用的实验系统还包括调节组件，所述调节组件至少用于调节所述洞体的坡度。

在一些较为具体的实施方案中，所述导轨设置在底座上，所述调节组件设置在所述底座与所述导轨之间。

在一些较为具体的实施方案中，所述调节组件包括至少一个长度可调的支撑件。

在一些较为具体的实施方案中，所述模拟风沙水沙交互作用的实验系统还包括旋转装置，所述旋转装置设置在所述实验腔室内，且所述旋转装置能够自旋转。

优选的，所述旋转装置包括旋转圆盘。

在一些较为具体的实施方案中，所述实验腔室内设置有温度辐射机构，所述温度辐射机构至少用于提供实验所需的温度、辐射条件。

优选的，所述温度辐射机构包括红外辐射加热器。

在一些较为具体的实施方案中，所述洞体的入口端还连接有柔性接头，所述洞体能够经由所述柔性接头与所述风动力装置或水动力装置连接。

在一些较为具体的实施方案中，所述风动力装置包括风机。

进一步的，所述风动力装置还包括蜂窝器，所述蜂窝器设置在所述洞体内部靠近入口端的区域。

在一些较为具体的实施方案中，所述水动力装置包括供水机构以及与所述供水机构连接的进水管、回流管，所述进水管与所述洞体的柔性接头连接，所述回流管与所述洞体的出口端连接。

在一些较为具体的实施方案中，所述水动力装置还包括造波器，所述造波器设置在所述洞体内部靠近入口端的区域。

在一些较为具体的实施方案中，所述洞体内部靠近出口端的区域还设置有挡板，所述挡板至少用于阻挡洞体内的水直接流出。

与现有技术相比，本发明的优点包括：

1)本发明实施例提供的一种模拟风沙水沙交互作用的实验系统，将风沙水沙的交互过程结合到一起，可以解决现有风洞或者水槽中无法对风沙水沙交互作用进行模拟的问题；

2)本发明实施例提供的一种模拟风沙水沙交互作用的实验系统，可以探索海水、海风作用下海沙的动力过程与运移机理，初步模拟风、河流及海浪对风沙物质的交互影响及相关风沙地貌形成演化；

3)本发明实施例提供的一种模拟风沙水沙交互作用的实验系统，可以用于各类风洞、循环水槽相关实验，可以用于模拟不同速度及角度的水、风作用下沙物质动力过程、运移机理，以及风、河流及海浪对风沙物质的交互影响和相关风沙地貌形成演化过程。

附图说明

图1是本发明一典型实施案例中一种模拟风沙水沙交互作用的实验系统的系统图；

图2是本发明一典型实施案例中一种模拟风沙水沙交互作用的实验系统的俯视图；

图3是本发明一典型实施案例中一种模拟风沙水沙交互作用的实验系统的结构示意图。

具体实施方式

鉴于现有技术中的不足，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本发明的技术方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。

本发明拟将风沙水沙作用结合，提供一种模拟风沙水沙交互作用的实验装置，从而更好地模拟风沙、水沙交互作用下沙物质的动力过程、运移机理及沙质地貌形成演化。

本发明实施例提供的一种模拟风沙水沙交互作用的实验系统包括洞体以及与该洞体配合的风动力装置、水动力装置和温度辐射机构，其中，该洞体内部具有能够容置待测沙物质的实验腔室，该实验腔室内设置有温度辐射机构，该温度辐射机构包括灯管，其至少用于为实验腔室提供温度和辐射环境；该风动力装置至少用于向所述实验腔室中提供气流以模拟自然风环境；水动力装置至少用于向所述实验腔室中提供水流以模拟河流、海水环境。

其中，该洞体活动设置在导轨上，并能够沿所述导轨活动于第一工位和第二工位；在第一工位处，洞体与风动力装置配合，而使风动力装置能够向所述实验腔室中提供气流；在第二工位处，洞体与所述水动力装置配合，而使水动力装置能够向实验腔室中提供水流。

如下将结合附图对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。

请参阅图1，本发明一典型实施案例中提供的一种模拟风沙水沙交互作用的实验系统包括：洞体以及与该洞体配合的风动力装置、水动力装置。

具体的，该洞体包括依次连通设置的连接段和实验段，该实验段具有由可开合的密闭透明玻璃围合形成的实验腔室，待测沙物质能够被容置在该实验腔室内，实验腔室长10m、宽1m、高1m，该连接段包括设置在实验腔室入口端的柔性连接接头12，该实验腔室的内部还设置有温度辐射机构18，该温度辐射机构以提供实验所需的温度和辐射环境，例如，该温度辐射机构可以是红外辐射加热器等；以及，该洞体活动导轨14上，并能够沿导轨14活动于第一工位和第二工位，例如，该导轨14的数量可以是间隔设置的多个。

具体的，该洞体可以由多个洞体单元经法兰16连接组成，各个洞体单位均为筒状构件。

具体的，考虑到外界环境的实际情况，为了更好地模拟风、河流及海浪对风沙物质的交互影响及相关风沙地貌形成演化，温度辐射装置还与控制机构连接，通过控制机构可以分类分时段地对温度辐射机构进行开关控制，从而调节实验段及模型的温度和湿度等条件，更加精确地模拟外界环境。

具体的，该洞体的底部位于实验腔室的中间段区域还设置有旋转装置19，且该旋转装置能够自旋转，例如，该旋转装置可以是直径为1m的旋转圆盘，通过旋转装置旋转模拟不同方位的水、风作用下沙物质的动力过程。

具体的，导轨14安装在底座15上，且导轨14与底座15之间或者导轨与洞体之间还设置有调节组件17，该调节组件能够根据实验需要调节自身的高度，从而改变洞体的倾斜度，进而可以模拟外界环境所需的不同坡度，以便加精确地模拟不同海岸河岸地表地貌的形成；例如，该调节组件可以是高度可调的支撑杆等，或者，调节组件17与底座15一体设置，使得底座自身具有调节高度的功能。

具体的，水动力装置1包括进水管2、水箱3、造波器5、水泵6、净水器、流量控制阀、挡板20和回流管22，该水箱3与水泵6组成供水机构，该供水机构依次经洞体连接口4、造波器5与洞体的柔性连接接头12连接，回水管22与洞体的出口端连接；流量控制阀用于控制金属管的水流流量大小；挡板20设置在洞体远离水动力装置的一端，并用于阻挡洞体内的水直接流出，造波器5设置在洞体柔性连接接头前端，并与挡板20配合进而能够控制洞体内水位的高低。

具体的，风动力装置7包括驱动机构和流量控制机构，该驱动机构包括直吹式的风机9、变频器和发电机组，风机的入口和出口处设有整流罩，电机放置在整流罩内，并预留有散热孔；通过调节风机的频率可以控制风速，该风动力装置主要用于模拟风对待测沙物质的动力过程与运移机理。

具体的，该风动力装置7还包括一风箱，该风箱具有有依次设置的入口段8、动力段、过渡段11，风机9设置在风箱内的动力段；以及，该风动力装置7能够与洞体连接而形成风洞系统，洞体的主体作为风洞系统的实验段13，实验腔室位于实验段，洞体的末端作为风洞系统的扩散段21，在箱体内部动力段与过渡段11之间还设置有蜂窝器10，洞体的柔性接头12能够与风室的过渡段连接，该过渡段作为风箱的气流出口；其中，过渡段11的直径沿靠近实验腔室的方向逐渐减小，而作为扩散段的洞体末端的直径沿远离实验腔室的方向逐渐增大。

具体的，风动力装置7和水动力装置1沿与导轨平行的方向并行设置，当洞体被驱使沿导轨运动至第一工位时，洞体经柔性连接接头与风动力装置连接配合，而使风动力装置能够向所述实验腔室中提供气流；而当洞体被驱使沿导轨运动至第二工位时，洞体经柔性连接接头与所述水动力装置连接配合，而使水动力装置能够向实验腔室中提供水流，通过移动洞体连接不同的动力装置，并控制风速、水速、模型方向及湿度和温度，从而模拟水、风作用下沙物质的动力过程与运移机理。

同时，可以通过调节底座的高度以改变洞体的倾斜度进而模拟外界环境所需要的不同坡度，以便更加精确地模拟不同海岸河岸地表地貌的形成；以及，可以通过旋转装置带动洞体旋转以改变洞体的角度，通过对实验腔室的方向调节，可模拟来自不同方向的风力、水流对地表地貌形成的影响；其中的柔性连接接头可以在洞体与风动力装置或水动力装置之间转换连接时提供缓冲，并保证良好的水、气密封性。

本发明实施例提供的一种模拟风沙水沙交互作用的实验系统，具有两种不同的动力系统：风动力系统和水动力系统。其中，通过驱使洞体与导轨上移动，洞体可调节选择连接不同的动力系统，对同一个地表模拟风沙、水沙对其交互作用；同时，洞体的实验腔室中安装有温度辐射机构，可模拟不同的温度辐射下沙物质的动力过程；另外，洞体的实验腔室中还设置有可旋转圆盘，该可旋转圆盘能够自旋转，以模拟不同方位的水、风作用下沙物质的动力过程。

本发明实施例提供的一种模拟风沙水沙交互作用的实验系统，将风沙水沙的交互过程结合到一起，可以解决现有风洞或者水槽中无法对风沙水沙交互作用进行模拟的问题。

本发明实施例提供的一种模拟风沙水沙交互作用的实验系统，可以探索海水、海风作用下海沙的动力过程与运移机理，初步模拟风、河流及海浪对风沙物质的交互影响及相关风沙地貌形成演化。

本发明实施例提供的一种模拟风沙水沙交互作用的实验系统，可以用于各类风洞、循环水槽相关实验，可以用于模拟不同速度及角度的水、风作用下沙物质动力过程、运移机理，以及风、河流及海浪对风沙物质的交互影响和相关风沙地貌形成演化过程。

应当理解，上述实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。