一种水沙紊流计量实验环境配比装置的制作方法

本发明涉及水运工程领域，尤其涉及一种水沙紊流计量实验环境配比装置。

背景技术：

在水运工程领域，泥沙淤积测量不准确和计量标准缺失的现状仍然存在，给港口建设、航道维护和通航安全造成重要影响。上层水体含沙量作为泥沙淤积测量中的一个重要参数，其相关的含沙量测量仪的计量标准在国内外存在空白，这限制了高精度含沙量测量仪的研发、制造及应用。

上层水体含沙量测量的关键技术在于泥沙搅拌的均匀程度。水运工程领域中的泥沙在水中相对均匀，而在实验室进行水沙紊流计量时模拟这种均匀水质时存在一定困难，人为搅拌存在不确定性，而且无法搅匀。

因此，需要一种能够在实验室就可以得到泥沙分布均匀的搅拌装置。现有的搅拌装置一般体积较大，移动不便利，而且搅拌均匀性不一定能够满足要求，因此需要一种极大地提升工作效率和节约人力成本的自动化设施。

技术实现要素：

本发明提供了一种水沙紊流计量实验环境配比装置，该装置体积较小、移动方便，且提升了工作效率，节约了人力成本，详见下文描述：

一种水沙紊流计量实验环境配比装置，所述装置包括：支架，所述支架用于固定搅拌池；所述搅拌池的上方设置有采样模块，用于检测搅拌结果；

所述支架的上方还放置有导轨、电机及其驱动器，电机的转轴和曲柄摇杆模块的曲柄部分固定连接；曲柄摇杆模块的摇杆端和栅格固定板相连；栅格组与栅格固定板固定连接；

栅格组深入到搅拌池中，依据检测结果实时调整栅格组的移动速度，紊流过快时减小栅格组的移动速度，搅拌池的底部有泥沙淤积时加快栅格组的移动速度。

其中，所述曲柄部分的长度可调节。所述搅拌池的底部开孔，材料为透明亚克力板材。

进一步地，所述栅格固定板由上固定面和一系列与上固定面垂直的挡板组成。

其中，所述栅格组的材料为铝合金，栅格组上孔的面积占比为百分之六十。

具体实现时，所述滑块安放在导轨上可进行一维自由运动，所述导轨与支架固定连接。

其中，所述栅格组在水平方向上以正弦函数形式运动：l＝a·sin(f·2πt)

式中，a为振幅与曲柄长度有关，f为振动频率与电机转动频率有关，t为时间，l为栅格位置。

本发明提供的技术方案的有益效果是：体积小，便于安放，可以快速地使水和泥沙搅拌均匀，构建出稳定、均匀的水沙紊流场，为水沙紊流计量提供实验环境，满足实际应用中的多种需要。

附图说明

图1为一种水沙紊流计量实验环境配比装置的立体结构示意图；

图2为水沙紊流计量实验环境配比装置的标准三视图；

图3是栅格结构图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1：支架；2：采样装置；

3：搅拌池；4：导轨；

5：电机；6：驱动器；

7：曲柄摇杆装置；8：栅格固定板；

9：栅格组；10：滑块。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施方式作进一步地详细描述。

实施例1

为了实现快捷、简便的目标，本发明实施例设计了一种为水沙紊流计量提供实施环境的装置，主体包括：支架1、采样装置2和搅拌池3。

其中，支架1的上方放置导轨4、电机5及其驱动器6，电机5的转轴和曲柄摇杆装置7的曲柄部分固定连接；曲柄摇杆装置7的摇杆端和栅格固定板8相连。具体效果可详见图2。

具体实现时，栅格组9深入到搅拌池3中，能够依据检测结果实时调整栅格组9的移动速度，紊流过快时减小栅格组9的移动速度，搅拌池3的底部有泥沙淤积时加快栅格组9的移动速度；搅拌池3的底部开孔；采样装置2使用时放置在搅拌池3的上方，用于检测搅拌结果，电机5和曲柄摇杆装置7相连的曲柄部分的长度可以调节。

具体实现时，曲柄摇杆装置7由曲柄和摇杆两部分组成，摇杆运动到左右极点时呈水平状态。

进一步地，导轨4与滑块10配套使用，一体的型号优选为hgh30ca，滑块10安放在导轨4上可以进行一维自由运动。导轨4的两边通过螺丝与支架1进行固定。

进一步地，电机5选用的型号是57byg113-360a、驱动器6的型号为dm542。

进一步地，栅格固定板8由上固定面和一系列与上固定面垂直的挡板组成，上固定面通过螺丝与滑块10固定，挡板和栅格组9使用螺丝固定连接，栅格组9可以取下、更换。

进一步地，栅格组9的材料优选为铝合金，厚度依据自己的实际需要调节，孔在栅格组9上均匀排列，孔的形状优选为圆形，孔的面积占比在百分之六十左右，具体每片栅格设计见图3。

进一步地，搅拌池3的材料为透明亚克力板材，底部开孔。

进一步地，采样装置2使用时要分别在搅拌池3的中心和四个角落进行采样。

在整个水沙紊流计量准备装置中，支架1起到固定其它装置的作用。在搅拌开始后在内部水流的冲击下搅拌池3会发生晃动，甚至会发生池壁破裂的情况，因此利用支架1将搅拌池3固定起来是十分有必要的。同时支架1还可以为电机5以及导轨4提供固定平台，使整个装置的相对位置固定。

曲柄摇杆装置7以及导轨滑台配合将电机5的转动转化为了水平方向的平动。在电机5带动曲柄转动的过程中赋予了摇杆水平运动的分量，并通过导轨滑台约束了竖直方向的自由度，只保留水平方向自由度，这样就将电机5的转动转化为了水平方向的平动。

其中，栅格组9作为搅拌泥沙水的元件它的孔的面积占比要在百分之六十左右，这样可以在保证泥沙水混合物搅拌均匀的前提下，又不会使泥沙水混合物在内壁周围形成较大的涡流对采样和实验结果造成大的影响。由于栅格组9与栅格固定板8之间通过螺丝紧固连接，当泥沙在混合物中的占比改变时可以调节栅格组9的数量，改变搅拌的动力，避免出现泥沙淤积在搅拌池3的底部。

实施例2

下面结合图1-图3，以及具体的计算公式对实施例1中的方案进行进一步地介绍，详见下文描述：

使用时首先驱动电机5转动，电机5的转动会被曲柄连杆装置7和导轨4转化为水平方向的运动，曲柄连杆装置7的连杆端与栅格固定板8相连，栅格固定板8固定在滑块10上，在曲柄连杆装置7的带动下做水平方向上的简谐运动，此时浸入到水中的栅格组9会在水中来回摆动从而将水搅动开来。

栅格组9在水平方向上将以正弦函数形式运动：

l＝a·sin(f·2πt)(1)

式中，a为振幅(cm)与曲柄长度有关，f为振动频率(hz)与电机转动频率有关，t为时间(s)，l为栅格位置(cm)。

由公式可以看出当机械条件确定后，栅格的运动只与振动频率有关，这是由电机的转动频率决定的。因此，可以通过调节电机的转动来改变栅格组9的运动。

由于栅格组9与栅格固定板8之间通过螺丝紧固连接，正常情况下并不需要安放全部的栅格组9，当需要搅拌泥沙在混合物中的占比过多时，可以增加栅格组9的数量来提高搅拌的动力，避免出现泥沙淤积在搅拌池3的底部，造成搅拌不均匀的情况，同时由于栅格组9上存在大量的孔可以使栅格组9在提供搅拌动力的同时又可以避免涡流的出现。

当目测搅拌均匀后使用采样装置2分别在搅拌池3的四个角落和中心处取样烘干称重，将称重结果进行记录并处理，搅拌均匀，可以进行相应水沙紊流计量的实验的操作。

当所有水沙紊流计量的实验操作完成后，打开底部的活塞(图中未示出)可以将搅拌池3中已经无用的泥沙水混合物排出。为将混合物排出干净，可以启动栅格组9对混合物进行搅拌。

本发明实施例对各器件的型号除做特殊说明的以外，其他器件的型号不做限制，只要能完成上述功能的器件均可。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。