[发明专利]一种针网式室内人工降雨试验系统及方法在审

专利信息
申请号: 201910643773.4 申请日: 2019-07-17
公开(公告)号: CN110297073A 公开(公告)日: 2019-10-01
发明(设计)人: 张建经;胡君龙;闫世杰;牛家永 申请(专利权)人: 西南交通大学
主分类号: G01N33/24 分类号: G01N33/24
代理公司: 成都正华专利代理事务所(普通合伙) 51229 代理人: 何凡
地址: 610031*** 国省代码: 四川;51
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摘要:
搜索关键词: 试验系统 土样 降雨 控制模块 脉冲频率 模拟降雨 针网 步进电机驱动器 室内 输出脉冲频率 程序控制 时间函数 输出 蠕动泵 填筑 雨强 试验
【说明书】:

发明公开了一种针网式室内人工降雨试验系统,包括土样室模块、模拟降雨模块和控制模块。所述模拟降雨模块分别与土样室模块和控制模块连接。一种使用人工降雨试验系统的方法,包括以下步骤:率定蠕动泵输出端的流量q与PLC输出脉冲频率f的关系。进行人工降雨试验系统的土样填筑,给定雨强‑时间函数R(t)与降雨持续时间D,根据调节精度将降雨持续时间D划分为n段,并计算每一段降雨持续时间对应的PLC脉冲频率f。根据PLC脉冲频率f,通过PLC可编程控制器和步进电机驱动器进行人工降雨实验。本发明实现了输出精度高、可程序控制、操作便捷和性能可靠的人工降雨试验。

技术领域

本发明属于土质研究领域,具体涉及一种针网式室内人工降雨试验系统及方法。

背景技术

降雨引起的土壤中的水分运动和溶质迁移规律一直是农林、水土保持和岩土工程等领域研究的热点问题,而室外原位试验通常费时费力,经济成本大,因此通常开展室内人工模拟降雨试验来进行研究。一维试验是这类室内试验中较基础的一种,试验过程中,在圆柱形土柱上部模拟降雨,并在土柱内部埋设传感器来监测土样内部的各项参数的响应。

目前实验室中实现人工模拟降雨的方法有两种:

(1)在由针头组成的针网上方维持一恒定水头,在该水头下液体通过针头下落形成降雨,其优点是可以实现降雨的均匀分布,缺点是降雨强度无法实现实时调节,仅能进行恒定雨强试验,无法模拟实际降雨过程中降雨强度随时间而发生变化;

(2)采用水泵与雾化喷头的组合,水泵为喷头供水,并提供一定压力,流体通过喷头过程中被压缩分散形成锥形喷雾,此方法理论上可以实现降雨强度的调节,但降雨强度是降雨量、时间、降雨面积的函数,该类设备调节降雨量的同时必然要改变供水压力,而改变供水压力则会引起喷头喷射角的变化,导致实际降雨强度与设计值之间产生较大的误差,且降雨均匀性较差,因此在降雨的模拟中,该类设备通常也仅用于恒定雨强降雨的模拟。

发明内容

针对现有技术中的上述不足,本发明提供的一种针网式室内人工降雨试验系统及方法解决了现有人工降雨实验系统降雨强度无法实时调节的问题。

为了达到上述发明目的,本发明采用的技术方案为:一种针网式室内人工降雨试验系统,包括土样室模块、模拟降雨模块和控制模块;

所述土样室模块用于装载试验土样,提供传感器布设通道,收集土体表面产生的径流;

所述模拟降雨模块的输出端与土样室模块的输入端连接,其用于在土样室模块中进行人工模拟降雨试验;

所述控制模块的输出端与模拟降雨模块的输入端连接,其用于按照降雨强度-时间函数控制模拟降雨模块进行人工降雨模拟试验。

优选的,所述土样室模块包括径流收集口、柱形土样室、传感器布设通道、连接法兰、紧固螺栓、硅胶垫片、底部排水口、透水石、第一连接机构、第二连接机构、第三连接机构和第四连接机构;

所述柱形土样室包括两段圆柱体,第一段圆柱体与模拟降雨模块连接,第二段圆柱体为柱形土样室的主体,且其直径小于第一段圆柱体;

所述径流收集口安装在第一段圆柱体上,并靠近第二段圆柱体的一端,所述第二段圆柱体的一端与第一段圆柱体连接,第二段圆柱体的另一端安装有底部排水口和透水石,所述底部排水口设置在第二段圆柱体上,所述透水石设置在第二段圆柱体内部;

所述柱形土样室的第二段圆柱体上安装有第一连接机构、第二连接机构、第三连接机构和第四连接机构,且柱形土样室的第二段圆柱体被第一连接机构、第二连接机构、第三连接机构和第四连接机构分为多层,每个连接机构相同,均包括连接法兰、多个紧固螺栓和硅胶垫片,所述连接法兰和硅胶垫片通过多个紧固螺栓固定连接;每个连接机构上均设置有传感器布设通道。

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