本发明涉及流体力学无量纲模化实验装置，具体涉及一种密度分层多功能模拟实验水槽装置。
背景技术
近些年来越来越严重的雾霾现象引起了人们的重视，大气中出现逆温现象时较温暖的空气层高于冷空气层，形成“逆温层”，当这种逆温层笼罩在城市上空时，地球表面的大气污染物会被困在城市上空难以扩散从而造成严重污染；除了室外环境中温度分层导致的污染物积聚外，在采用置换式通风的病房中温度分层也会引起污染物滞留积聚，当污染物停留在人员呼吸高度处，将增加人员交叉感染的风险；海边热电厂向海水中排放热污水及分层环境中水下物体运动等大尺度流动现象在工业领域也非常常见。认识和理解分层环境中的流动现象，有助于提高污染物的排放控制技术，加深人们对室内环境中污染物扩散的认识，掌握大尺度流体流动发展规律。但目前实验装置进行模化实验分层环境下大尺度流体流动现象很难进行外场实验研究，一方面实验成本高昂，另一方面测量技术的限制导致外场实验难度较大。中国专利cn201710148474.4公开了一种试验水槽及其试验方法，用于观测水流流态，该装置只能针对均匀环境中流体流动并不能实现密度分层环境中流体流动特性的研究。目前市场上没有能准确重现分层环境下大尺度流动特征的简单易行的模化实验装置。
技术实现要素：
发明目的：本发明的目的在于提供一种密度分层多功能模拟实验水槽装置，解决目前没有能准确重现分层环境下大尺度流动特征的简单易行的模化实验装置的问题。
技术方案：本发明所述的密度分层多功能模拟实验水槽装置包括：水槽主体，所述水槽主体底部设置有冷却盘管，所述水槽主体四周设置有透红外玻璃，其中至少一块透红外玻璃内侧设置有温敏液晶膜，其中所述水槽主体上侧可拆卸连接热分层装置或盐分层装置，所述水槽主体内可拆卸设置立杆，所述立杆上设置热电偶或导电率测试点，所述热分层装置包括加热盘管，所述盐分层装置包括浮力装置。
为了便于装置移动，操作灵活，还包括底部支架，所述底部支架下侧设置有滑轮装置。
为了便于将盐分层支架、热分层支架或滑块支架通过插销、插销孔连接于水槽支架上，便于实现两种分层实验方法的切换，也可以实现静止实验工况和拖曳工况的切换，所述水槽主体包括焊接在一起的上下主体，所述下主体为中空铝板且一侧开设有排水口，所述上主体包括水槽支架，所述水槽支架四周设置有空心立柱，所述空心立柱上开设有销孔。
为了方便利用滑块运动拖曳水槽中的水下模型，模拟分层环境中水下物体的运动。所述物体移动装置包括滑块支架，所述滑块支架内设置有滑块轨道，所述滑块轨道上设置有沿滑块轨道滑动的滑块。
为了方便拆卸和固定热分层装置，所述热分层装置还包括热分层支架，所述热分层支架底部设置有插脚，所述插脚上开设有销孔。
为了方便拆卸固定盐分层装置，所述盐分层装置还包括盐分层支架，所述盐分层支架上侧设置有盐水槽，所述盐水槽底部连接软管一端，软管另一端连接浮力装置。
工作原理：热分层试验时，加热盘管浸没水中恒温加热，冷却盘管进恒温冷水对水槽底部恒温冷却，加热和冷却同步进行，通过立杆上的热电偶以及温敏液晶膜可以显示水槽中水温变化。盐分层试验时，盐水槽中的盐水利用浮力装置以及软管将密度逐渐变小的盐水输入水槽中，实现在不同深度处盐水密度不同。
有益效果：本发明通过调节恒温加热盘管加热温度、冷却盘管冷水温度以及水槽中液体深度可以获得不同的温度梯度，实现稳定的温度分层，通过插销和销孔实现各个模块支架之间相互连接，把热分层支架从水槽支架拆卸后，将水槽支架与盐分层支架插销连接，可以实现热分层法到盐分层法的切换，采用透红外玻璃，便于通过红外成像仪观测流场温度变化，采用温敏液晶膜，可以实时观察水槽中液体的温度分层情况，本发明中水槽支架与滑块支架插销连接后能够实现水下物体拖曳，底部采用滑轮装置，便于装置移动，操作灵活。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明进行盐分层模拟实验时的结构示意图；
图3是本发明进行温度分层模拟实验时的结构示意图。
具体实施方式
如图1-3所示，密度分层多功能模拟实验水槽装置，包括水槽主体、底部支架17、物体移动装置、热分层装置和盐分层装置，水槽主体焊接在底部支架17上，水槽主体包括焊接在一起的上下主体，下主体16为中空铝板且一侧开设有排水口，下主体内设置有液位计12，排水口连接排水管15，中空铝板夹层里设置有冷却盘管13，上主体包括水槽支架11，水槽支架11四周设置有透红外玻璃10，其中至少一面的玻璃内表面贴附温敏液晶膜20，水槽支架11四周设置有空心立柱，空心立柱上开设有销孔，空心立柱开设插销孔便于将盐分层支架、热分层支架或滑块支架通过插销、插销孔连接于水槽支架上，便于实现两种分层实验方法的切换，也可以实现静止实验工况和拖曳工况的切换。水槽主体上侧通过插销可拆卸连接物体移动装置，物体移动装置包括滑块支架7，滑块支架7内设置有滑块轨道8，滑块轨道8上设置有沿滑块轨道滑动的滑块6，滑块支架7四周设置有插脚，插脚上开有销孔，滑块支架7通过插销与水槽支架11连接，通过吊绳连接水槽中的水下物体，通过滑块6在滑块轨道8上的运动可以牵引水下物体，可以方便的利用滑块运动拖曳水槽中的水下模型，模拟分层环境中水下物体的运动。当模拟静止分层环境中热射流运动时，只要把滑块支架7移除即可。物体移动装置上侧通过插销可拆卸连接热分层装置或盐分层装置，热分层装置包括加热盘管4和热分层支架5，加热盘管4设置在热分层支架5内，热分层支架5底部设置有插脚，插脚上开设有销孔，盐分层装置包括盐水槽1，盐分层支架3和浮力装置22，盐水槽1底部连接软管2，软管连接浮力装置22。盐水槽与盐分层支架焊接；盐水槽底部开孔，将逐渐稀释的盐水通过软管2输送到浮力装置22中，再经由浮力装置缓慢流入水槽中，随着盐水槽中盐水不断稀释以及浮力装置的上浮，使得水槽中在不同深度处盐水密度不同，浮力装置22底部为泡沫材料制成，上部为海绵；海绵包裹软管下端，使得盐水向周围缓慢均匀流出。水槽主体内螺纹连接立杆21，盐水槽1设置在盐分层支架3上，立杆21上设置热电偶或导电率测试点，热电偶一端连接数据采集仪，可以准确记录水温变化，沿立杆布置热电偶便于采集热分层实验中温度梯度。将热电偶固定在竖直立杆上便于控制热电偶之间的距离，避免测温过程中热电偶发生移动。盐分层实验时，立杆21上设置导电率测试采样点。
采用本发明进行热分层装置试验时，热分层支架5与水槽支架11通过插销连接，调整液面高度保证加热盘管4浸没水中恒温加热，冷却盘管13进恒温冷水对水槽底部恒温冷却，加热和冷却同步进行，通过立杆21上布置的热电偶以及温敏液晶膜20显示水槽中水温变化，水槽中温度分布随水深呈线性变化，过程中通过透红外玻璃及红外成像仪观测流场温度变化，采用温敏液晶膜20，可以实时观察水槽中液体的温度分层情况。在热分层试验中，改变加热温度t加热以及冷却温度t冷却，以及水深h,可以得到不同的温度梯度
采用本发明进行盐分层装置试验时，盐分层支架3与水槽支架11通过插销连接，混合后得到不同密度的盐水储存在盐水槽中，利用浮力装置以及软管将密度逐渐变小的盐水输入水槽中，实现在不同深度处盐水密度不同，最终达到线性变化，是通过盐水导电率计算盐水密度，由于水的盐度与密度成良好的线性关系，因此由淡水与盐水所调制成的分层流体之密度与盐度是相互联系的，使用电导率测量技术即可测得密度分层流体的盐度值，进而可以换算成密度值，电导率测试采样点可以均匀布置在竖直立杆上，利用电导率密度测量系统对分层流体的密度剖面进行测量。