一种全封闭式溢流坝溢流演示实验装置的制作方法

本发明是针对目前溢流坝溢流演示模型演示内容单一、演示效果不佳、模型空间体积大、费用较高、移动携带困难而设计的一种全封闭式溢流坝溢流演示实验装置，它属于水利工程技术领域。

背景技术：

在目前溢流坝溢流演示模型中，供水系统、坝体模型和排水系统组合起来占地较大，演示内容比较单一，模型体积过大，费用高、浪费大，难以大面积推广，因而现有技术存在不足。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而发明一种全封闭式溢流坝溢流演示实验装置，它利用一体化设计，将模型小型化；利用水泵出口与钝体边界扩散段相连形成负压区，利用空气室单向阀掺气，将扩散段内水流变成水气结合、可视化效果较好的多相流动；利用溢流坝顶部的负压区，展现负压导流管的反向运动；利用溢流坝下和挑流坎前的转板，形成漩涡区及非漩涡区，形象演示消能及漩涡的形成、分裂和扩散过程，拓宽丰富演示内容，以此规避了现有技术的不足。

本发明的技术方案是：

一种全封闭式溢流坝溢流演示实验装置，包括供水箱以及溢流坝流道机构，在所述供水箱内设置水泵，其特征在于：所述水泵的出口与一扩散段进口相接，在所述扩散段上部设置有一空气室，在空气室底部设置可将空气流入到扩散段的单向气阀；在所述扩散段的出口连接所述溢流坝流道机构；所述溢流坝流道机构包括溢流坝进口段、溢流坝、负压导流管、溢流坝下泄段转板、溢流坝下泄段转板转轴、挑流坎、挑流坎转板和挑流坎转板转轴；所述溢流坝进口段与所述扩散段的出口相接；所述溢流坝的侧边壁与下泄流道边壁相连，所述扩散段上部与下泄流道边壁上部相接；所述负压导流管位于溢流坝内部，负压导流管上端口位于溢流坝顶部曲面段上，负压导流管下端口位于溢流坝下泄段转板处；所述溢流坝下泄段转板通过溢流坝下泄段转板转轴转动连接于溢流坝坝体后部，所述挑流坎转板通过挑流坎转板转轴转动连接于挑流坎前部，所述挑流坎后部与泄流尾水入管段上部相接；供水箱底部与回流管道一端相接，所述回流管道另一端与泄流尾水入管段相接。

本发明装置其结构由三部分组成：供水部分、供气部分和溢流坝机构部分。在供水部分，设置供水箱、水泵、扩散段、泄流尾水入管段和回流管道，其工作机理：利用水泵将供水箱内的水体经水泵出口增速，并经过钝体边界在局部形成负压区。在供气部分，设置空气室和单向气阀，其工作机理：当单向气阀附近的水流为负压流动时，单向气阀打开，被吸出的气体和水流混合，使溢流坝进口段的水流为多相流，增加演示效果。在溢流坝机构部分，设置溢流坝进口段、溢流坝、负压导流管、溢流坝下泄段转板、挑流坎和挑流坎转板，其工作机理：溢流坝顶部的下泄水流，在顶部负压区部分，可形象演示负压流动现象，在溢流坝下泄段转板和挑流坎转板角度变化下，可在溢流坝底脚处和挑流坎前部形成漩涡，通过转板角度的变化，可观察到消能以及漩涡的生成，分裂和扩散。本发明的优点：与现有技术相比，本发明的全封闭、泄流转板、负压流动等一体化设计，结构简洁，使用成本较低，演示内容丰富，消能、负压管倒流生动有趣，漩涡形成、分裂、扩散效果明显，携带展出方便，推广空间大。

附图说明

图1是本发明装置示意图。

其中：1、水泵，2、扩散段，3、空气室，4、供水箱，5、负压导流管，6、溢流坝，7、单向气阀，8、溢流坝进口段，9、回流管道，10、溢流坝下泄段转板转轴，11、溢流坝下泄段转板，12、漩涡，13、挑流坎前漩涡，14、下泄水流，15、下泄流道边壁，16、挑流坎转板转轴，17、调流坎转板，18、挑流坎，19、泄流尾水入管段。

具体实施方式

对照附图1，水泵1位于供水箱4底部左端，水泵1的出口与扩散段2左端相连，供水箱4底部右端与回流管道9左端侧相连，回流管道9右端与泄流尾水入管段19下端相连，空气室3位于扩散段2上部，空气室3底部右脚处设置单向气阀7，溢流坝6左端迎水面与扩散段2右端下部相连，溢流坝6侧面与下泄流道边壁15相接，负压导流管5位于溢流坝6内部，负压导流管5上端口位于溢流坝6顶部曲面段上，负压导流管5下端口位于溢流坝下泄段转板11处，溢流坝下泄段转板转轴10置于溢流坝6下泄段上，溢流坝下泄段转板11与溢流坝下泄段转板转轴10转动相接、挑流坎转板转轴16置于挑流坎18前部，挑流坎转板17与挑流坎转板转轴16转动相接。

工作过程：将一定量的水加入供水箱4内，启动水泵1，水体经水泵1出水口快速流入扩散段2内，在扩散段2钝体边界附近形成负压区，空气室3底部的单向气阀7打开，空气室3内的气体流入溢流坝进口段8处的水流中，溢流坝6顶部曲面的下泄水流，在顶部曲面负压区部分，可以观察到负压导流管5内的水流反向运动，调节溢流坝下泄段转板11的角度，使下泄水流在溢流坝下泄段底脚形成漩涡，调节调流坎转板17的角度，使过挑流坎18的水流在挑流坎前形成漩涡，过挑流坎18后的水流流入泄流尾水入管段19，再流入回流管道9，最后流回于供水箱4。然后，再次调节溢流坝下泄段转板11的角度，使下泄水流在溢流坝下泄段底脚无漩涡，调节调流坎转板17的角度，使过挑流坎18的水流在挑流坎前无漩涡，过挑流坎18后的水流流入泄流尾水入管段19，再流入回流管道9，最后流回于供水箱4。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种全封闭式溢流坝溢流演示实验装置，包括供水箱以及溢流坝流道机构，在供水箱内设置水泵，水泵的出口与一扩散段进口相接，在所述扩散段上部设置有一空气室，在空气室底部设置可将空气流入到扩散段的单向气阀；溢流坝流道机构包括溢流坝进口段、溢流坝、负压导流管、溢流坝下泄段转板、溢流坝下泄段转板转轴、挑流坎、挑流坎转板和挑流坎转板转轴；与现有技术相比，本发明采用全封闭、泄流转板、负压流动等一体化设计，演示内容丰富，消能及负压管倒流演示形象具体，漩涡形成、分裂、扩散效果明显，携带展出方便，结构简洁，使用成本较低，推广空间大。

技术研发人员：刘孝洋;雷冬;吴茂洲;林木烟
受保护的技术使用者：河海大学
技术研发日：2018.11.12
技术公布日：2019.01.25