[发明专利]一种用于离心模型试验的模拟降雨装置及方法

权利要求书

1.一种用于离心模型试验的模拟降雨装置，其特征在于，包括离心室外部水源(4)、输水管(5)、旋转接头(6)、电磁阀(7)、分流器(8)、支流管(9)、流量计(10)、2个水压传感器(11)、调节阀(12)、雾化喷头(13)和雾化喷头固定板(14)，其中雾化喷头固定板(14)上布置有若干喷头固定孔(15)和若干螺栓孔(16)；还包括降雨标定板(17)、一组不同高度的降雨标定板支架(18)；其中降雨标定板(17)和降雨标定板支架(18)上均布置有若干螺栓孔(16)，降雨标定板(17)外部轮廓和尺寸与模型箱内部轮廓和尺寸相同，降雨标定板(17)放入模型箱后能够和模型箱完全贴合；雾化喷头固定板(14)和降雨标定板支架(18)通过螺栓孔(16)固定到模型箱(19)上；

旋转接头(6)的入水口和出水口分别连接输水管(5)，其中与旋转接头(6)的入水口连接的输水管(5)外接离心室外部水源(4)，与旋转接头(6)的出水口连接的输水管(5)进入离心室后沿离心机转臂布置，依次接入电磁阀(7)和流量计(10)、第一个水压传感器(11)、水压调节阀(12)和第二个水压传感器(11)，然后由分流器(8)连接支流管(9)，每根支流管(9)上个连接若干个雾化喷头(13)；雾化喷头(13)通过喷头固定孔(15)固定在雾化喷头固定板(14)上，雾化喷头固定板(14)通过螺栓固定在模型箱上(19)；在进行标定操作时，降雨标定板(17)通过螺栓固定在降雨标定板支架(18)上，降雨标定板支架(18)通过螺栓固定在模型箱(19)上，降雨标定板(17)上铺满试验所用土体，通过采用不同高度的降雨标定板支架(18)调节降雨标定板(17)内的土体距离雾化喷头(13)的距离。

2.如权利要求1所述的模拟降雨装置，其特征在于，所述的输水管(5)采用高强PU管，规格为TU10*6.5，外径10mm，内径6.5mm，可耐压力1Mpa，，工作温度-5℃～100℃，其长度可按照试验具体需求布置。

3.如权利要求1所述的模拟降雨装置，其特征在于，所述的旋转接头(6)为360°旋转接头，一进一出型，适用于4-10mm气管，能够与输水管(5)相连接。

4.如权利要求1所述的模拟降雨装置，其特征在于，所述的雾化喷头(13)采用守望者FN喷嘴，工作压力6.9bar～11.8bar，平均颗粒直径40～28μm，喷雾形状为60°实心圆锥。

5.如权利要求1所述的模拟降雨装置，其特征在于，所述的雾化喷头固定板(14)采用铝合金板制作，其长度比所采用模型箱长40cm，其宽度比模型箱度20mm，两端布置两个螺栓孔用于将雾化喷头固定板(14)固定在模型箱上，中间布置若干大小与雾化喷头(13)相匹配的喷头固定孔(15)用于布置喷头。

6.如权利要求1所述的模拟降雨装置，其特征在于，所述的降雨标定板(17)采用铝合金板制作，其大小与所采用模型箱大小相匹配；中部矩形区域向下凹陷10cm，用于容纳土体，降雨标定板(17)的两个长边布置若干螺栓孔用于固定降雨标定板支架(18)。

7.如权利要求1所述的模拟降雨装置，其特征在于，所述的降雨标定板支架(18)采用铝合金板制作，用于固定标定板(17)，其形状为直角Z字型。

8.根据权利要求1-7任一所述的模拟降雨装置进行模拟降雨的方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步：布设输水系统；首先利用旋转接头将离心室外部水源接入离心室直至模型箱；在输水管上依次安装并固定电磁阀、流量计、水压传感器、调节阀；在模型箱上空利用分流器将输水管分流并连接支流管，分流数量根据试验需要确定；在支流管的末端连接雾化喷头，雾化喷头固定在雾化喷头固定板上，雾化喷头固定板通过螺栓固定在模型箱上；

第二步：标定喷头覆盖区域；根据实验选择所需高度的降雨标定板，在降雨标定板上安装固定该降雨降雨标定板支架，然后利用降雨标定板支架将降雨标定板固定在模型箱上；利用螺栓将雾化喷头固定板固定在模型箱上，并布设一个雾化喷头在模型箱的中部区域，并在降雨标定板上铺满试验所用土体；在重力条件下模拟降雨，通过测量标定板上土体的湿润区域确定在重力条件下单个雾化喷头的降雨覆盖区域；然后启动离心机并提高到试验所需转速，打开电磁阀进行降雨模拟后停机；停机后再次测量标定板上所铺设试验土体湿润区域则可以确定在试验条件下单个雾化喷头的降雨覆盖区域；通过对比两次降雨覆盖区域即可确定在试验过程中雾化喷头降雨区域的偏转量，以及在试验过程中雾化喷头位置与降雨覆盖区域之间的关系；根据该关系与试验所需要降雨覆盖面积，确定雾化喷头的数量及布设间距；

第三步：根据在监测过程中确定的雾化喷头覆盖面积与偏转量，结合试验所需降雨面积，确定各个雾化喷头固定板之间的布设间距，即雾化喷头的横向间距，以及各个雾化喷头在雾化喷头固定板上的固定间距，即雾化喷头的纵向间距，通过调节阀和水压传感器控制模拟雨滴的大小来实现不同强度的降雨，通过流量计控制模拟降雨的总降水量，来控制降雨历时。