水流稳定的高速水流试验装置的制作方法

本实用新型涉及水力物理学试验领域，尤其是水流稳定的高速水流试验装置。

背景技术：

目前，险工险段、涉河工程所在河段河床质泥沙和基岩的抗冲刷流速是河道管理部门和水利工程师重点关注的水力学问题，在洪水期高速水流和河道复杂边界条件的共同作用下，河道主槽和边坡易产生涡漩和不利淘刷，将会对河床质土壤、泥沙和基岩产生不利冲刷，影响涉河工程和河道边坡的安全稳定性。

针对不同河床质土壤、泥沙和基岩，如何实现准确、快速和便捷的量测各种河床覆盖层岩土的抗冲刷特性和流速，是科研人员需要解决的重要水力学问题。

现有技术中，进行岩土抗冲流速测量的试验中，冲刷过程中，试验装置产生的高速水流由于冲刷速度较大，水流常具有明显的水跃和较高的掺气量，难以实现稳定的高速水流，从而影响岩土样品抗冲刷流速试验成果观测和测量。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供水流稳定的高速水流试验装置，旨在解决现有技术中，试验装置产生的高速水流常具有明显的水跃和较高的掺气量，难以实现稳定的高速水流的问题。

本实用新型是这样实现的，水流稳定的高速水流试验装置，包括试验水槽，所述试验水槽中设置有供水流流动的流道，所述流道包括依次布置的对水流进行加速的加速段、用于调整顺直的过渡段和用于岩土冲刷试验的试验段，所述加速段沿所述流道水流方向的流道口径渐变收缩布置，所述过渡段的宽度成等宽布置，所述过渡段的宽度与所述加速段的末端的宽度呈等宽布置。

进一步地，所述加速段的一侧成直线状布置，另一侧成渐变收缩的弧线状布置。

进一步地，所述试验段中设置有用于放置岩土样品的凹槽，所述岩土样品顶部与所述试验段底板齐平。

进一步地，所述凹槽的上端开口呈矩形状。

进一步地，所述凹槽的纵向截面呈梯形状。

进一步地，所述水流稳定的高速水流试验装置包括往所述流道内供水的供水蓄水池，所述供水蓄水池位于所述试验水槽的上方。

进一步地，所述流道包括缓速段，沿所述流道的水流方向，所述缓速段连接在所述试验段的前方，所述缓速段的宽度逐渐增大。

进一步地，沿所述流道的水流方向，所述缓速段的前方设有过滤池，所述过滤池与所述缓速段之间设有升降闸门，且所述过滤池中设有过滤网。

进一步地，沿所述流道的水流方向，所述过滤池的前方设有溢流池，所述溢流池与所述过滤池之间设有溢流堰。

进一步地，所述用于岩土抗冲特性试验的高速水流试验装置包括回收蓄水池，所述回收蓄水池通过回水管与所述溢流池连通，且所述回收蓄水池内设有水泵，所述水泵通过上水管连通所述供水蓄水池。

与现有技术相比，试验水槽的流道包括依次布置的加速段、过渡段和试验段，加速段的流道口径渐变收缩，水流逐渐缩窄和加速，水流流经加速段后流速不断增加，形成高速水流，然后再经等宽的过渡段进行过渡调直，减少水跃和较高的掺气量，形成稳定的高速水流，然后再到达试验段进行冲刷试验，到达试验段的水流基本无水跃和掺气现象，而是形成稳定的高速水流，有利于岩土样品抗冲刷流速试验成果的观测和测量。

附图说明

图1为本实用新型提供的水流稳定的高速水流试验装置的俯视示意图；

图2为本实用新型提供的水流稳定的高速水流试验装置的主视示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型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实用新型，并不用于限定本实用新型。

以下结合具体实施例对本实用新型的实现进行详细的描述。

参照图1和图2所示，为本实用新型提供较佳实施例。

本实用新型提供的水流稳定的高速水流试验装置可以运用在岩土抗冲刷高速水力学试验技术领域，也可以是运用在其他的水力物理学技术上，并不仅限于其中一种。

水流稳定的高速水流试验装置，包括试验水槽11，试验水槽11中设置有供水流流动的流道，流道沿试验水槽11长度方向布置，流道包括依次布置的加速段、过渡段和试验段，加速段是对水流进行加速的、过渡段用于调整顺直从加速段出来的水流，试验段用于进行岩土样品冲刷试验，加速段沿流道水流方向的流道口径渐变收缩布置，过渡段的宽度成等宽布置，过渡段的宽度与加速段的末端的宽度呈等宽布置。

加速段设置成沿水流方向，加速段的流道口径逐渐收缩变窄，收缩变窄的加速段与水平直线等宽布置的过渡段对接连通，冲刷试验时，试验水流流入流道，由于加速段的流道口径逐渐收缩变窄，所以流经加速段的水流逐渐缩窄并加速，水流流速逐渐增加，形成高速水流，高速水流再经过渡段调整顺直，形成稳定的高速水流，稳定的高速水流平稳到达试验段进行抗冲刷试验。

试验水流在渐变收缩的加速段的加速作用下，水流逐渐缩窄和加速，再经过过渡段调整顺直后，到达试验段进行冲刷试验时水流基本无水跃和掺气现象，进而形成稳定的高速水流，高速水流保持平稳的流速实现对试验段底部凹槽内的岩土样品冲刷，通过观察凹槽内岩土样品的经水流冲刷的情况，进而研究观测岩土样品的抗冲刷特性。

加速段的一侧成直线状布置，另一侧成弧线状布置，形成渐变收缩的圆弧形结构，试验水流在渐变收缩圆弧结构的加速段的导流作用下，水流宽度逐渐缩窄，水流流速不断增加，使得经加速段加速后的水流可以形成高速水流。

试验段中设置有用于放置岩土样品的凹槽111，岩土样品顶部与试验段底板齐平，岩土样品放置区设置在试验段的底部，岩土样品顶部与试验段的底板齐平，这样，岩土样品不会减小冲刷试验过流断面面积，可避免岩土样品周边产生不稳定漩涡和绕流。

凹槽111的上端开口呈矩形状，具体地，设置呈矩形状的凹槽111，当岩土样品放置在底部凹槽111中，岩土样品不会减小冲刷试验过流断面面积，可避免岩土样品周边产生不稳定漩涡和绕流，确保样品出露于冲刷试验水体的一致性，保证岩土样品抗冲刷流速试验成果观测和测量的统一性。

凹槽111的纵向截面呈梯形状，具体是正梯形结构，上端小下端大，冲刷试验时，梯形凹槽111的底部空间大，顶部小，可根据岩土样品的多少，在梯形凹槽111的底部预先填充木块体，以调整岩土样品放置区矩形凹槽111的大小，使得岩土样品顶部与试验段的底板齐平。

本实施例提供的水流稳定的高速水流试验装置还包括往流道内供水的供水蓄水池13，供水蓄水池13位于试验水槽11的上方，在进行冲刷实验时，由于水的重力作用，供水蓄水池13中的水可以自发地流入试验水槽11的流道内，不需要额外借助水流的动力推动原件，而且，处在试验水槽11上方的水由于具有一定的势能，水流向下流入试验水槽11时，势能转化成动能，可以使得水流具有一定的流速，然后以这种流速进入加速段进行加速。

流道包括缓速段，沿流道的水流方向，缓速段连接在试验段的前方，缓速段的宽度逐渐增大，从试验段流出的高速水流再经缓速段缓冲减速，避免因水流流速过高致使水流溅出水样水槽之外，也可以避免因水流流速过高，水流持续拍打试验水槽11壁造成试验水槽11损坏。

在完成对试验段岩土样品的冲刷之后，水体中会夹杂岩土样品颗粒，水流流入缓速段，流经缓速段的水流中自然也会夹杂有岩土样品颗粒，由于夹杂有岩土样品颗粒的水既不便于回收，也不便于重复利用，因此，沿流道的水流方向，在缓速段的前方设有过滤池113，在过滤池113中设有过滤网，过滤网可以对水流中的岩土样品颗粒进行初步过滤，经过初步过滤的水再通过过滤池113进一步沉淀净化，可以基本实现试验水的净化和过滤。

在过滤池113与缓速段之间设有升降闸门112，升降闸门112可以调节试验水槽11中的水位，可以将多余的水量排出试验水槽11进入到过滤池113中进行过滤操作，通过调节升降闸门112的高度，控制试验水槽11的水深，可以按照试验需要，保证试验水槽11的不同的水位高度。

沿流道的水流方向，在过滤池113的前方设有溢流池114，溢流池114与过滤池113之间设有溢流堰115，当过滤池113中的水位上升到溢流堰115的高度时，过滤池113中的水会通过溢流堰115溢流到溢流池114中储存，由于经过过滤池113的过滤后，流入溢流池114中的水都是可以再次利用的干净水，所以，溢流池114中的水可以回收，也可以再利用。

用于岩土抗冲特性试验的高速水流试验装置还包括回收蓄水池12，回收蓄水池12通过回水管122与溢流池114连通，而且，在回收蓄水池12内设有水泵124，水泵124通过上水管121连通供水蓄水池13，从溢流池114中溢流出来的水经回水管122流入回收蓄水池12中，避免水资源的浪费，节省水资源；在回收蓄水池12内设有水泵124，将回收蓄水池12中的水用水泵124经上水管121运送至供水蓄水池13中，从而实现试验水的循环利用。

一般地，将回收蓄水池12设置在溢流池114的下方，这样，在重力的作用下，溢流池114中溢流出来的水直接经回水管122进入回收蓄水池12中，这样就不用额外设置水流的动力推动原件，结构简单，易于实现，且可以达到简化装置的目的。

供水蓄水池13与回收蓄水池12之间形成有高度差，通过将回收蓄水池12中的水移送到供水蓄水池13中，使得供水蓄水池13中的水具有一定的势能，而供水蓄水池13设置在试验水槽11的上方，冲刷时，供水蓄水池13中的水由势能转化为动能，从供水蓄水池13中流入试验水槽11的流道中进行冲刷试验，这样就不用额外设置水流的动力推动器，结构简单，易于实现。

供水蓄水池13通过多根连通水管132与试验水槽11连通，多根连通水管132可以平行布置，也可以不平行布置，设置多根连通水管132可以满足大流量的水流从供水蓄水池13中进入试验水槽11的流道中，可以节省试验时间，也有利于实现不同的流速对岩土样品进行冲刷试验。

多根连通水管132上均设有控制阀门133，进行冲刷试验时，打开控制阀门133，使得供水蓄水池13中的水进入到试验水槽11的流道中，通过开关控制阀门133来控制整个岩土抗冲特性试验的进行。在每一根连通水管132上都设置有控制阀门133，通过控制每根连通水管132上的控制阀门133来控制打开连通水管132，如果试验需要水流流速比较大，就打开多根连通水管132的控制阀门133，让多根连通水管132同时向试验水槽11供水，如果需要水流流速比较小，就打开一个控制阀门133即可，可以便于调节供水的水流速度。

在供水蓄水池13的侧壁设有溢流缺口131，溢流缺口131通过溢流水管123与回收蓄水池12连通，冲刷试验时，供水蓄水池13中的多余水量通过溢流缺口131回流至回收蓄水池12，从而节省水资源，实现试验水的循环利用。

试验水槽11设置为透明玻璃水槽，具体是采用透明无色的有机玻璃制成，既可以保证试验水槽11具有良好的透视性和较高的强度，也便于试验人员随时观测冲刷试验的情况。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。