[发明专利]一种冰水耦合综合仿真平台和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种冰水耦合综合仿真平台和方法，是一种模仿冰和水流动状态的实验系统，是一种集水工、自动控制、机电一体化的实验系统和方法。

背景技术

封冻季节前后河流和水渠中会产生大量的浮冰，浮冰在河道中运动和堆积使河道变窄，甚至堆积为冰塞，形成冰塞险情。因此，研究冰塞的发生、演变，冰盖下的冰块运动等河冰水力学热点问题十分必要。对于输水渠道中的倒虹吸，浮冰同样会产生种种影响。为预防和消除浮冰对倒虹吸的影响，需要获得冰块在倒虹吸前堆积、倒虹吸前冰盖、冰塞形成等相关机理和水力参数，确定倒虹吸前冰盖平铺上溯发展、倒虹吸前冰塞堆积时各相关水力条件间的关系，对其进行研究，以找到解决的方案。研究上述问题，仅仅依靠在真实河道或水渠中的数据积累和计算机模拟是不够的，需要通过真冰条件下的，按比例缩小的模型试验，对各种条件变化的模拟，才能获取真正有效的参数。为了研究倒虹吸和弯曲水道的冰期输水能力，需要建立带有倒虹吸和弯槽的模拟水槽，研究弯槽段冰塞堆积演变过程，冰盖形成过程对河床冲刷的影响，冰盖形成过程中的水位变化，以及其它一些河冰水力学热点问题。

传统的浮冰实验由于没有专门的实验设施，只能利用一些简单的工具和借用已有的实验渠道，使用人工倒入水流中浮冰的方式进行的。这种方式不但效率低下，而且准确度低。由于各种实验需要反复进行，大量的重复劳动，不但使人疲倦，精度下降，也使实验工作进行缓慢，影响实验进度。特别是进行某个应急实验时，由于在紧急情况下，不能按时得到准确数据，而耽误了最佳处理时间，给人民生命财产造成损失。

发明内容

为了克服现有技术的问题，本发明提出了一种冰水耦合综合仿真平台和冰水耦合综合仿真方法，建立可以灵活组合的实验水槽，所述的实验水槽可以带有弯槽和倒虹吸，以及水闸等各种水工和河道、水渠的模拟设施。使用计算机控制系统对水流、浮冰的流量、流速进行控制，灵活、快速的进行实验条件的各种变换。

本发明的目的是这样实现的：一种冰水耦合综合仿真平台，包括：源水箱和回水箱，所述的源水箱和回水箱之间设有水量供给装置，多个直槽段，还包括：U字形槽段、带有自动加冰机的加冰槽段、出口带有电控倒虹吸闸门和倒虹吸出口水位传感器的倒虹吸管；所述的源水箱依次与加冰槽段、两到三个带有多个水位传感器的直槽段、倒虹吸管、一个直槽段、U字形槽段、多个直槽段、回水箱可拆卸的连接形成水槽，与回水箱连接的直槽段上设有带有水位传感器的电控尾门；所述的水量供给装置、自动加冰机、电控倒虹吸闸门、电控尾门、各个水位传感器与控制器电连接。

一种使用上述仿真平台的冰水耦合综合仿真方法，所述方法的步骤如下：

流量控制的步骤：用于开启水量供给装置，根据流量计提供反馈信号调节水泵的供给量，使水槽中的水流量达到实验要求的初始目标流量；

水位控制的步骤：用于根据电控调节尾门处设置的水位传感器提供反馈信号，调节电控调节尾门，使模拟水槽中的水位达到实验设定的初始目标水位；

加冰的步骤：用于通过自动加冰机向模拟水槽中输入冰块，并根据实验设定改变加冰量；

监测水位变化的步骤：用于通过自动加冰机与倒虹吸之间的直槽段上设置的水位传感器，采集水位数据，测量倒虹吸进口前冰块数量变化所引起的水位变化；

记录的步骤：用于对实验过程中的流量、水位、加冰量的数据，以及冰块堆积、输移的过程进行记录；

改变初始目标流量或初始目标水位，反复进行加冰的步骤、监测水位变化的步骤、记录的步骤。

本发明产生的有益效果是：本发明采用的具有可调整一定流量的水槽和倒虹吸、自动加冰机，电控尾门等设置，建立一个可以模拟冰块流动的仿真平台。自动加冰机通过控制器的控制和调整，可以精确的记录和控制加冰量，水量和水位通过控制器都可以进行精确的记录和控制，实现了机电一体化的监测和控制。本发明的应用大大减少了冰水耦合实验的手工操作，增加了实验的精确度，更重要的是加快了实验的进程和速度，这一点对于应急研究有着特殊的意义，在特殊的环境下可以挽回人民生命财产的损失，甚至挽救生命。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明的实施例一所述仿真平台的平面示意图；

图2是本发明的实施例一所述仿真平台控制界面示意图；

图3是本发明的实施例三所述的自动加冰机的结构示意图，是图1中A-A剖面图；

图4是本发明的实施例五所述的定量输送带结构示意图，是图3中D点的放大图；