本发明涉及流体力学装置技术领域，尤其涉及一种新型气液混流实验装置。
背景技术：
雨水利用已经成为当前一些缺水城市的重要议题，回收的雨水可作为重要的生活和生产水源，而建立地下雨水蓄集系统是重要的雨水回收方式；雨水蓄集系统可以存储暴雨过程中的部分雨量，减小排水管网的溢流量，并且可在暴雨后再将收集的雨水用水泵传输到处理站进行处理后再次利用。
然而，由于蓄水总管埋深较大，系统内气体可能无法自由排出，此时，压力振荡和气液混流冲击现象将在所难免。目前，排水系统中的管道是按无压明渠流设计的，而设计流量通常是根据一定暴雨重现期计算所得；然而，当发生特大暴雨，雨量大于设计值时，管内流体会由明渠流向有压流转变，引起系统内的压力振荡，因此现在急需对排水管道内气液混流和流态转变进行研究。
技术实现要素：
本发明的目的是提供实验结果准确性高，贴合实际情况，能够实现多种实验条件的一种新型气液混流实验装置。
本发明的技术方案如下：
一种新型气液混流实验装置，其特征在于，包括上游人孔和下游人孔,中间玻璃纤维管和下游玻璃纤维管，回水管和蓄水池；所述上、下游人孔之间、下游人孔与蓄水池之间分别设置有中间玻璃纤维管和下游玻璃纤维管；蓄水池上还设置有回水管，该回水管的另一端与上游人孔连通；所述上游人孔内设有隔板；所述回水管上还设置有水泵和流量计；所述上游人孔的出口处设有第一闸阀，下游人孔进、出口处分别设有第二闸阀和第三闸阀；所述中间玻璃纤维管以及上、下游人孔内均设置有压力传感器和超声波高计；所述中间玻璃纤维管内还设置有空隙率计；本实验采用的波高计测量法则不受气体压力的影响，空隙率计的使用可以揭示气液混流的程度和变化过程；此外，拟采用高速摄像机捕捉气液界面的形成、传播与失稳过程。
所述上、下游人孔之间的玻璃纤维管长度为20m-30m。压力传感器拟布置在人孔内和中间管段的顶端和底部，空隙率计布置在中间管段内，超声波高计布置在人孔和中间管段内，流量计布置在PVC回水管道内。
一种新型气液混流实验装置的第一种实验方法：
步骤1：将水倒入蓄水池内；
步骤2：打开水泵，使水流入上游人孔中，并在中间玻璃纤维管建立稳定状态下的明渠流；
步骤3：部分关闭第二闸阀，利用压力传感器测量水流和气流的压力变化，利用超声波高计测量液体水位，利用空隙率计测量管流气体空隙比，利用流量计测量水流流速。
一种新型气液混流实验装置的第二种实验方法：
步骤1：将水倒入蓄水池内；
步骤2：打开水泵，使水流入上游人孔中，并在中间玻璃纤维管建立稳定状态下的明渠流；
步骤3：拿掉上游人孔中的隔板，使管道入口处于淹没状态，利用压力传感器测量水流和气流的压力变化，利用超声波高计测量液体水位，利用空隙率计测量管流气体空隙比，利用流量计测量水流流速。
一种新型气液混流实验装置的第三种实验方法：
步骤1：将水倒入蓄水池内；
步骤2：打开水泵，使水流入上游人孔中，并在中间玻璃纤维管建立稳定状态下的明渠流；
步骤3：部分关闭闸阀3，建立明渠流和有压流的共存状态；
步骤4：拿掉上游人孔中的隔板，使管道入口处于淹没状态，制造密闭气团产生的物理条件，使流体处于气液混流状态；利用压力传感器测量水流和气流的压力变化，利用超声波高计测量液体水位，利用空隙率计测量管流气体空隙比，利用流量计测量水流流速。
本发明的有益效果是：由于上、下游人孔之间、下游人孔与蓄水池之间分别设置有中间玻璃纤维管和下游玻璃纤维管，以实现对工程实际中管道系统的仿真，以增强实验结果的准确性；其中压力传感器布置在两人孔内和中间玻璃纤维管的顶端、底部，用来测量流态转变过程中水流和气流的压力变化，超声波高计布置在两人孔和中间玻璃纤维管内，用来测量液体水位，空隙率计布置在中间玻璃纤维管内，用来测量管流中的气体空隙比，流量计布置在回水管道内，用来测量水流流速的变化(值得注意的是，在稳定明渠流状态下，压力传感器可以表征液体的水位；在非混流状态下，空隙比与水位满足定量关系；不同位置测量结果可以表征界面的变化与传播)，实验结果准确性高，更接近实际工况。
附图说明
通过下面结合附图的详细描述，本发明前述的和其他的目的、特征和优点将变得显而易见。
其中：图1为本发明结构示意图；
附图中，1为上游人孔，2为下游人孔，3为中间玻璃纤维管，4为下游玻璃纤维管，5为回水管，6为蓄水池，7为隔板，8为水泵，9为流量计，10为第一闸阀，11为第二闸阀，12为第三闸阀；
具体实施方式
参见图1所示一种新型气液混流实验装置，其特征在于，包括上游人孔1和下游人孔2，中间玻璃纤维管3和下游玻璃纤维管4，回水管5和蓄水池6；所述上、下游人孔之间、下游人孔与蓄水池之间分别设置有中间玻璃纤维管和下游玻璃纤维管；蓄水池上还设置有回水管，该回水管另一端与上游人孔连通；所述上游人孔内设有隔板7；所述回水管上还设置有水泵8和流量计9；所述上游人孔的出口处设有第一闸阀10，下游人孔进、出口处分别设有第二闸阀11和第三闸阀12；所述中间玻璃纤维管以及上、下游人孔内均设置有压力传感器和超声波高计；所述中间玻璃纤维管内还设置有空隙率计；上、下游人孔之间、下游人孔与蓄水池之间分别设置有中间玻璃纤维管和下游玻璃纤维管，以实现对工程实际中管道系统的仿真，以增强实验结果的准确性；其中压力传感器布置在两人孔内和中间玻璃纤维管的顶端、底部，用来测量流态转变过程中水流和气流的压力变化，超声波高计布置在两人孔和中间玻璃纤维管内，用来测量液体水位，空隙率计布置在中间玻璃纤维管内，用来测量管流中的气体空隙比，流量计布置在回水管道内，用来测量水流流速的变化(值得注意的是，在稳定明渠流状态下，压力传感器可以表征液体的水位；在非混流状态下，空隙比与水位满足定量关系；不同位置测量结果可以表征界面的变化与传播。这些测量数据间的关系可以间接地验证测试仪器的准确性)。
所述上、下游人孔之间的玻璃纤维管长度为20m-30m。由于测试区域主要集中在两个人孔和中间玻璃纤维管段内，当管段长度为25米时与工程实际中两人孔间距离相当。
本实验装置具体的第一种实验流程是:首先将水倒入蓄水池6内；再打开水泵8，使水流入上游人孔1中，并在中间玻璃纤维管3中形成明渠流，接着部分关闭第二闸阀11；然后利用压力传感器测量水流和气流的压力变化，利用超声波高计测量液体水位，利用空隙率计测量管流气体空隙比，利用流量计测量水流流速；
本实验装置具体的第二种实验流程是:首先将水倒入蓄水池6内；再打开水泵8，使水流入上游人孔1中，并在中间玻璃纤维管3中形成明渠流，接着拿掉上游人孔1中的隔板7，使管道入口处于淹没状态；然后利用压力传感器测量水流和气流的压力变化，利用超声波高计测量液体水位，利用空隙率计测量管流气体空隙比，利用流量计测量水流流速；
本实验装置具体的第三种实验流程是:首先将水倒入蓄水池6内；再打开水泵8，使水流入上游人孔1中，并在中间玻璃纤维管3中形成明渠流，接着部分关闭闸阀12，建立明渠流和有压流的共存状态，然后拿掉上游人孔1中的隔板7，使管道入口处于淹没状态；最后利用压力传感器测量水流和气流的压力变化，利用超声波高计测量液体水位，利用空隙率计测量管流气体空隙比，利用流量计测量水流流速；
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质上对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。