一种低气压环境下气泡静水中上升运动试验装置的制作方法

本实用新型属于试验技术领域，具体涉及一种低气压环境下气泡静水中上升运动试验装置。

背景技术：

掺气是高速水流的典型现象，研究难点之一是气泡运动的观测。掺气水流中气泡大小不同，存续时间长短不一，其形成、生长和运动过程呈现出不同的几何结构和复杂的水动力学特性。为研究气泡运动机理，往往先从气泡在静水中上升运动入手。目前的试验研究基本在常压下进行，无论是静水上的气压还是形成气泡的气源皆为常压，然而在实际工程中，高海拔地区为低气压环境，现有的试验方法尚无法模拟。

技术实现要素：

发明目的：针对以上缺陷，本发明提供一种低气压环境下气泡静水中上升运动试验装置及方法。

技术方案：

一种低气压环境下气泡静水中上升运动试验装置，包括有机玻璃筒、水体、中空金属针、止水阀、塑料管抽气阀门、真空压力表、放气阀、有机玻璃筒抽气阀门、小型真空压力表、塑料管、橡皮推杆、抽气管、真空泵、观测设备。

进一步的，所述的有机玻璃筒为密闭结构，其内部放置水体、其顶盖上安装真空压力表、放气阀、有机玻璃筒抽气阀门，其底部安装中空金属针。

进一步的，所述的中空金属针内径0.5mm-3mm。

进一步的，所述的抽气管为三通结构，其一端连接有机玻璃筒顶盖，其一端连接中空金属针和塑料管，其一端连接至真空泵。

进一步的，所述的止水阀安装于抽气管上，紧邻中空金属针末端。

进一步的，所述塑料管抽气阀门安装在紧邻塑料管前方的抽气管上。

进一步的，所述的塑料管安装于抽气管上，位于中空金属针前方，间距0.3m-0.5m；所述的塑料管侧壁安装一个小型真空压力表，所述的塑料管内部安装橡皮推杆。

进一步的，所述的塑料管)内径2cm-5cm；橡皮推杆的内径与塑料管内径相等。

本发明还提供一种利用上述低气压环境下气泡静水中上升运动试验装置的试验方法，其特征在于，包括步骤：

步骤一，关闭止水阀，打开塑料管抽气阀门和有机玻璃筒抽气阀门，关闭放气阀，将橡皮推杆推至塑料管顶部；

步骤二，开启真空泵，观测小型真空压力表，待塑料管内气压达到需要的低气压p时，关闭塑料管抽气阀门；

步骤三，观测真空压力表，采用真空泵和放气阀调节机玻璃筒内气压，待有机玻璃筒内气压达到低气压p时，关闭放气阀、有机玻璃筒抽气阀门)和真空泵；

步骤四，打开止水阀，开启观测设备，缓慢推动橡皮推杆，使中空金属针逐渐在水体内形成气泡，待气泡运动至水体表面并破裂后，停止观测设备。

本发明与现有技术相比，具备如下优点：

(1)可完全模拟低气压环境。本发明无论是静水上的空间还是形成气泡的空间皆为相同的低气压；

(2)装置简单，操作简便。本发明所采用的装置易于实现，无需大型减压箱；操作简单，且可进行不同低气压下的重复性试验。

附图说明

图1是本发明测量装置安装示意图。

其中，1为有机玻璃筒；2为水体；3为中空金属针；4为止水阀；5为塑料管抽气阀门；6为真空压力表；7为放气阀；8为有机玻璃筒抽气阀门；9为小型真空压力表；10为塑料管；11为橡皮推杆；12为抽气管；13为真空泵；14为观测设备。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明。

本发明具体实施例装置如图1所示，包括有机玻璃筒1、水体2、中空金属针3、止水阀4、塑料管抽气阀门5、真空压力表6、放气阀7、有机玻璃筒抽气阀门8、小型真空压力表9、塑料管10、橡皮推杆11、抽气管12、真空泵13、观测设备14；所述有机玻璃筒1为密闭结构，长方体尺寸为20cm×20cm×100cm(长×宽×高)，放入水体2，深度80cm，顶盖上安装真空压力表6、放气阀7、有机玻璃筒抽气阀门8，底部安装中空金属针3，内径1mm；所述的抽气管12为三通结构，内径1cm，一端连接有机玻璃筒1顶盖上的有机玻璃筒抽气阀门8，一端连接中空金属针3和塑料管10，一端连接至真空泵13；所述的止水阀4安装于抽气管12上，紧邻中空金属针3末端；所述的塑料管10内径3cm，安装于抽气管12上，位于中空金属针3前方，间距0.4m，紧邻塑料管10前方的抽气管12上安装塑料管抽气阀门5；所述的塑料管10侧壁安装一个小型真空压力表9，塑料管10内部安装橡皮推杆11；观测设备14为摄像机，固定于有机玻璃筒1外侧。

利用本发明的低气压环境下气泡静水中上升运动试验方法，按以下步骤进行：

步骤一，关闭止水阀4和放气阀7，打开塑料管抽气阀门5和有机玻璃筒抽气阀门8，将橡皮推杆11推至塑料管10顶部；步骤二，开启真空泵13，观测小型真空压力表9，待塑料管内气压达到低气压-0.05mpa时，关闭塑料管抽气阀门5；步骤三，观测真空压力表6，采用真空泵13和放气阀7调节机玻璃筒1内气压，待真空压力表6达到低气压-0.05mpa时，关闭有机玻璃筒抽气阀门8、放气阀7和真空泵13；步骤四，打开止水阀4，开启观测设备14摄像机录像，缓慢推动橡皮推杆11，使中空金属针3逐渐在水体2内形成气泡，待气泡运动至水体2表面并破裂后，停止观测设备14录像。重复步骤四可进行低气压-0.05mpa下多次重复性试验；重复步骤一至步骤四可调节不同的低气压，开展系列低气压下的气泡运动过程试验。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换(如数量、形状、位置、尺度、观测仪器等)，这些等同变换均属于本发明的保护。

技术特征：

1.一种低气压环境下气泡静水中上升运动试验装置，包括有机玻璃筒(1)、水体(2)、中空金属针(3)、止水阀(4)、塑料管抽气阀门(5)、真空压力表(6)、放气阀(7)、有机玻璃筒抽气阀门(8)、小型真空压力表(9)、塑料管(10)、橡皮推杆(11)、抽气管(12)、真空泵(13)、观测设备(14)；

所述的有机玻璃筒(1)为密闭结构，其内部放置水体(2)、其顶盖上安装真空压力表(6)、放气阀(7)、有机玻璃筒抽气阀门(8)，其底部安装中空金属针(3)；所述的抽气管(12)为三通结构，其一端连接有机玻璃筒(1)顶盖，其一端连接中空金属针(3)和塑料管(10)，其一端连接至真空泵(13)；

所述的止水阀(4)安装于抽气管(12)上，紧邻中空金属针(3)末端；

所述的塑料管抽气阀门(5)安装在紧邻塑料管(10)前方的抽气管(12)上；所述的塑料管(10)安装于抽气管(12)上，位于中空金属针(3)前方，间距0.3m-0.5m；

所述的塑料管(10)侧壁安装一个小型真空压力表(9)，所述的塑料管(10)内部安装橡皮推杆(11)。

2.根据权利要求1所述低气压环境下气泡静水中上升运动试验装置，其特征在于，所述的中空金属针内径0.5mm-3mm。

3.根据权利要求1所述的低气压环境下气泡静水中上升运动试验装置，其特征在于，所述的塑料管(10)内径2cm-5cm；橡皮推杆(11)的内径与塑料管(10)内径相等。

技术总结
本实用新型提供一种低气压环境下气泡静水中上升运动试验装置，包括有机玻璃筒、水体、中空金属针、止水阀、塑料管抽气阀门、真空压力表、放气阀、有机玻璃筒抽气阀门、小型真空压力表、塑料管、橡皮推杆、抽气管、真空泵、观测设备。本实用新型可完全模拟低气压环境，本实用新型无论是静水上的空间还是形成气泡的空间皆为相同的低气压；装置简单，操作简便。本实用新型所采用的装置易于实现，无需大型减压箱；操作简单，且可进行不同低气压下的重复性试验。

技术研发人员：张陆陈;杨家修;吴时强;杜帅群;卢吉;庞博慧;骆少泽;薛万云;郑雪玉;宋凯;姜勇志
受保护的技术使用者：水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院;中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司;华能澜沧江水电股份有限公司;华能集团技术创新中心有限公司
技术研发日：2019.11.06
技术公布日：2020.08.04