[发明专利]泥沙颗粒沉积模拟三维试验装置和方法

说明书

本发明提供了一种泥沙颗粒沉积模拟三维试验装置和方法，将用于模拟泥沙颗粒的吸水珠加入试验水槽中平行的两块玻璃板之间，并采用动力装置控制两块平行玻璃板左右摆动，使吸水珠随玻璃板的摆动而运动，模拟泥沙颗粒沉积过程中的受力环境，并利用三维测量装置得到吸水珠缝隙的水速度场及吸水珠的位移场。因为玻璃板的摆动时间不受限制，所以泥沙颗粒受剪应力影响进行运动的时间也不受限制，进而突破了泥沙颗粒沉积规律研究的时间尺度的限制，更好地模拟了泥沙颗粒的沉积过程，试验数据更准确，利于研究流体速度场对泥沙颗粒沉积规律的影响。

技术领域

本发明涉及泥沙颗粒沉积研究领域，尤其涉及一种用于研究抽水蓄能电站上下游水库泥沙沉积动力过程的泥沙颗粒沉积模拟试验装置和方法。

背景技术

抽水蓄能电站利用电力负荷低谷时的电能抽水至上水库，在电力负荷高峰期再放水至下水库发电，其将电网负荷低时的多余电能转变为电网高峰时期的高价值电能，应用十分广泛，但是，抽水蓄能电站的这种作业方式导致上下游水库频繁的往复潮流，从而导致泥沙被水流携带往复运动，影响泥沙的沉积方式；在携沙河流汇入水库后，水流流速减缓，输沙能力降低，其携带的大颗粒泥沙就部分或全部的在水库库底沉积，想要解决抽水蓄能电站上下游水库库底泥沙沉积的问题，首先要明白抽水蓄能电站上下游水库在往复潮流的作用下，不同粒径的泥沙纵向沉积的动力过程。

当前泥沙运动领域的物理试验一般是通过长水槽来实现的，泥沙在水槽首端进入水槽后，在很短的时间内就被流水携带到水槽尾端，因此泥沙颗粒运动研究的时间尺度受限，不能准确得到不同粒径的泥沙纵向沉积的动力过程，如何在泥沙运动试验领域，在保证实验效果的前提下，摆脱水槽的设计框架，突破时间尺度限制，是工程技术人员不断追求的方向。另外，常规用于研究泥沙运动规律的试验往往关注宏观的堆积规律，得到的流体速度场和泥沙的位移特征精确度不高。

发明内容

本发明实施例提供了一种泥沙颗粒沉积模拟三维试验装置和方法，解决现有技术中泥沙颗粒运动研究的时间尺度受限导致不能准确得到不同粒径的泥沙纵向沉积的动力过程、得到的流体速度场和泥沙的位移特征精确度不高的问题。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种泥沙颗粒沉积模拟三维试验装置，包括：试验水槽、动力装置以及三维测量装置；

试验水槽中设置有两块玻璃板以及位于两块玻璃板之间的若干吸水珠及示踪粒子；玻璃板与试验水槽的底部始终接触，并且玻璃板长度等于试验水槽的宽度；

动力装置连接两块玻璃板，可带动两块玻璃板同步摆动，两块玻璃板在摆动过程中始终相互平行；

三维测量装置包括：

激光粒子成像装置，包括：多组并排设置的光线照射装置以及一高速相机，多组所述光线照射装置的光路相互平行，所述高速相机用于获取所述吸水珠及示踪粒子的位移图像；

PC，连接激光粒子成像装置，接收位移图像，并根据位移图像计算吸水珠缝隙的水速度场及吸水珠的位移场。

一实施例中，

每组光线照射装置均包括激光器以及光学转换装置；

多组光线照射装置的激光器均设置于试验水槽的侧面，用于向试验水槽发射相互平行的多组激光束；

多组光线照射装置的各光学转换装置均设置于对应激光器与试验水槽之间，用于将对应激光器发射的激光束转换成片光，以照射吸水珠和示踪粒子；

高速相机位于试验水槽的正面或背面，用于拍摄位移图像，

PC机连接高速相机，用于设置高速相机的拍摄频率，并接收高速相机拍摄的位移图像。

一实施例中，光线照射装置为N组，