[发明专利]一种消除环形水槽横向环流的调试方法

说明书

技术领域

本发明属于环境工程、水利工程领域，具体涉及一种消除环形水槽横向环流的调试方法。

背景技术

近几十年来，沉积物输移一直是环境学科和水利学科共同关注的课题。水槽是研究沉积物输移的重要设备，可用于研究悬浮沉积物的冲刷、沉降等基本规律。对于悬浮物沉降特征的研究，由于其输移沉降时间尺度长，直形水槽难以满足试验要求；相比之下，环形水槽具有以时间换空间的优势，能够满足悬浮沉降物输移沉降时间尺度的要求，因此环形水槽成为研究沉积物输移沉降的重要设备，近年来其应用越来越得到重视。

环形水槽中水流为弯曲水流，同天然河道中弯道水流一样有横向环流存在，横向环流使环形水槽与实际的顺直渠道中水力条件明显不同。弯曲水流中横向环流是由于流速横向分布不均匀和垂直弯曲平面的离心力不平衡产生的流动，弯曲水流的离心力是无法消除的，只能采取措施，使产生新的力和离心力平衡，从而消弱由离心力产生的横向环流。河海大学张长宽、上海大学王道增、上海河口海岸科学研究中心万远扬及本发明作者都提出了与环形水槽相关的发明创造，然而上述发明创造中并未提到如何消除环形水槽中的横向环流。在利用环形水槽进行悬浮物沉降、冲刷相关实验研究时，有必要消除横向环流的影响，获得相对理想的水利条件。在消除横向环流时，能否同时准确测定环形水槽中的水流流速，是评价调试方法是否可行的关键因素。

发明内容

本发明目的在于提供一种消除环形水槽横向环流的调试方法。

本发明提出的消除环形水槽横向环流的调试方法，所述调试方法通过调试系统实现，所述调试系统由剪切环支撑架1、环形水槽槽身2、剪切环3、控制柜4、流量计探头5、ADV探头6和传动系统7组成，环形水槽槽身2由环形水槽内壁8和环形水槽外壁9组成，剪切环3为有机玻璃圆环环形水槽槽身2上方设置剪切环3，环形水槽槽身2和剪切环3可相对反向旋转，所述环形水槽槽身2和剪切环3分别通过控制柜4和传动系统7控制其转数；环形水槽槽身2内底部设有圆球形彩色硅胶示踪颗粒；为测定环形水槽内水流流速，在环形水槽槽身2底部中央开一个圆孔12，安装流量计探头5，并在剪切环3中央开设一个圆孔13，安装声学多普勒测速系统，所述声学多普勒测速系统由ADV探头6和无线发射装置构成，可在线记录水槽中水流流速，精确至0.01cm/s。流量计探头5采用明渠流量计，可直接在显示屏上实时读数，并可存储实时记录水流流速，精确至0.1cm/s。流量计探头5与ADV探头6均可拆卸，并可调节ADV探头6在水槽内的深度；具体步骤如下：

(1)在环形水槽中加水至h（mm）处，并投加定制直径为4.8-5.2mm的圆球形彩色硅胶示踪颗粒20~30个，圆球形彩色硅胶示踪颗粒沉至环形水槽槽身底部；

(2)调节ADV探头6至水深0.6h的上方50mm处，则ADV探头所测流速为探头下方50mm水深处控制体的三维点速，也即水深0.6h处的三维点速，该点流速可以代表水流垂向断面平均速度；流量计探头5则沿水深分层读取水流速度，经过自动换算得出水流垂向断面平均速度；

(3)通过控制柜4和传动系统7调节剪切环3旋转，环形水槽槽身2静止。当仅剪切环3旋转时，固定在环形水槽槽身2底部的流量计探头5静止，ADV探头6相对水流运动，水槽内实际水流方向与剪切环3旋转方向相同。此时流量计测量流速代表水槽内实际水流速度，流量计测量流速精确至0.1cm/s。水槽内实际水流速度、ADV探头6随剪切环3旋转线速度、ADV探头6所测流速与流量计所测流速之间的计算关系式如下：

其中：为ADV探头6随剪切环3旋转的线速度，为ADV探头6测量的水流速度，为环形水槽内实际水流速度，为流量计探头测量的水流速度。

 (4)通过控制柜4和传动系统7调节剪切环3静止，环形水槽槽身2旋转。当仅环形水槽槽身2旋转时，ADV探头6静止，流量计探头5相对水流运动，水槽内实际水流方向与环形水槽槽身2旋转方向相同。此时ADV探头所测流速为水槽内实际水流速度，ADV探头测量流速精确至0.01cm/s。水槽内实际水流速度、流量计探头5随环形水槽槽身2旋转的线速度、ADV 探头所测流速与流量计所测流速之间的计算关系式如下：

其中：为ADV探头测量的水流速度，为环形水槽内实际水流速度，为流量计探头5随环形水槽槽身2旋转的线速度，为流量计探头测量的水流速度。