[发明专利]一种基于自然传热的湖泊水库水温分层模拟装置

说明书

【技术领域】

本发明属于湖泊水库水质污染控制领域，涉及分层湖泊水库中试研究，具体涉及一种基于自然传热的水库水温分层模拟装置。

【背景技术】

深水型湖泊水库水体温度具有明显的季节性沿深度成层分布的特点，一般夏季自上而下形成变温层、跃温层和等温层的典型水温分层结构，水温逐渐降低、密度逐渐增加，跃温层内温度梯度夏季可高达0.7℃/m左右。在分层湖库底层水体，溶解氧受跃温层浮阻力的作用而得不到补充，而各种微生物和化学作用则会使水中的溶解氧逐渐被消耗，当水中溶解氧浓度低于2mg/L时，底泥中的有机质、氮、磷、铁、锰会释放进入水体，形成湖库的内源污染。当季节更替导致表层与底层水温相近时，湖库易发生“翻库”现象，水质污染严重的等温层水体与中上部水体发生混合，污染整个湖库水质。内源污染使表层水体磷、氮含量增加，在夏秋季节水温、光照合适时，会引起藻类的大量繁殖和水体富营养化。水温分层是导致分层湖库水质内源污染和富营养化的重要诱因之一。由于缺乏能模拟实际分层湖库的装置，目前分层湖库内源污染和富营养化控制技术的研究基本都处于实验室静态机理研究和受限条件下的现场观测研究，致使湖库水质污染控制技术的应用效果难以在可控试验环境中进行实质性的系统研究。

目前涉及湖泊水库水温分层的主要模拟装置有三类。一是在模型水池内注入盐水和淡水形成类似于水温分层的密度分层水体，即淡咸水模拟装置；二是在模型水池内利用热水和冷水流入水槽形成一定的水温分层水体，即冷热水模拟装置；三是通过在模型水池上方用加热器使水体升温的方法形成一定的水温分层水体，即加热模拟装置。在淡咸水模拟装置内，利用盐、淡水组成的密度差通常仅能模拟两层，很难形成稳定的连续水温分层水体，不能真实地再现实际湖库水温沿水深的连续分布。在冷热水模拟装置内，利用热水、冷水流入水槽以形成水温分层，虽然能在一定条件下形成相对稳定的水温分层结构，但其对冷、热水输入系统的控制要求非常高。在加热模拟装置内，利用加热器升温虽然理论上在水平向密度流的作用下，热量能被水平传输，使等高面上的水温趋于均匀，但存在以下几个明显不足：1）受加热器性能的影响，水温分层空间分布的均匀性难以保证；2）底层水温多数条件下无法降低至实际分层湖库等温层的常见水温5℃左右，难以在任何季节都能进行与实际湖库水温分层条件相近的分层水环境试验；3）加热棒本身也会影响模型湖库内的水流状态。目前的水温分层模拟装置均存在各自的缺陷和不足，很难经济、有效、简便地形成不影响水流状态的，符合实际湖泊水库水温分布特点的稳定水温分层结构。

【发明内容】

本发明的目的在于针对现有水温分层模拟装置的不足，提供了一种基于自然传热的湖泊水库水温分层模拟装置。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于自然传热的湖泊水库水温分层模拟装置，包括模型水库、空调主机、温度感应器、若干温度探头和若干环形空调冷凝管；其中，若干环形冷凝管从上至下设置在模型水库底层，空调主机用于通过与其相连的各个冷凝管对模型水库中的底层水体进行制冷；温度感应器与空调主机相连接，用于自动控制空调主机的开启或关闭；若干温度探头分别置于模型水库底层水体不同位置，用于测量等温层水体各处水温。

本发明进一步改进在于，还包括设置在模型水库底层的出流口。

本发明进一步改进在于，模型水库中环形冷凝管的数量为N-1个，其从上至下分别为第1层冷凝管、第2层冷凝管、……、第N-1层环形冷凝管，N-1层冷凝管通过支架支撑。

本发明进一步改进在于，模型水库中还设置有刻度尺。

本发明进一步改进在于，还包括缓冲水池，其通过进水槽与模型水库相连通。

本发明进一步改进在于，还包括水箱，其通过加水管以及设置在加水管上的水泵与缓冲水池相连通。

本发明进一步改进在于，还包括设置在加水管上的流量计，且流量计设置在靠近水泵出水口的一端。

本发明进一步改进在于，加水管上还设置有开关。

与现有技术相比，本发明的优点是：采用本发明的模拟装置形成的水温分层水体具有垂向水温分层稳定，同一水平面水温均匀，制冷速度快、能耗低、

装置简单、水体分层界面无物体干扰实验测量等特点。

【附图说明】

图1为本发明冷凝系统示意图；

图2是本发明一种基于自然传热的湖泊水库水温分层模拟装置的结构示意图；

图3为本发明的不同室温下温度分层示意图；

图4为西安黑河金盆水库实际水温季节变化。