[发明专利]一种波流水池中全方向造流装置及其方法

权利要求书

1.一种波流水池中全方向造流方法，包括控制水流流向的造流方法和控制水流流速或流量的造流方法，其特征在于：所述控制水流流向的造流方法，包括以下内容：由于实验所需流场是在波流水池中产生，打开波流水池中实验所需流场内的N个出流阀门及对应的N个回流阀门，关闭实验所需流场外的M个出流阀门及对应的M个回流阀门，实现某一流场方向的选择；具体是：实验所需流场内的回流水流通过波流水池内N个回流口进入各自的回流均流区，并通过与这N个回流均流区相连的打开的回流阀门进入“L”型回流有压廊道，再经过计算机控制的双向轴流泵，水流被泵进“L”型出流有压廊道，再通过N个打开的出流阀门进入各自的出流均流区，经稳流与均流后从与这N个出流均流区的出流口流出进入波流水池，形成闭环水流，实现正向流场方向的选择；若实现反向流场方向的选择时，通过改变双向轴流泵的转向实现，将上述回流变为出流，出流变为回流；具体是：出流口变为回流口，出流均流区变为回流均流区，出流阀门变为回流阀门，出流有压廊道变为回流有压廊道，回流有压廊道变为出流有压廊道，回流阀门变为出流阀门，回流均流区变为出流均流区，回流口变为出流口，重复上述工作过程，形成闭环水流，实现反向流场方向的选择；造流系统中共设置有2(M+N)个出流及回流阀门，2(M+N)个出流及回流均流区，2(M+N)个出流及回流口，2个“L”型有压廊道，M、N均为自然数；

所述控制水流流速或流量的造流方法，包括以下内容：通过控制计算机运行控制程序产生控制信号，经过控制网络控制变频器的输出，对双向轴流泵的电机转速进行调节，实现对水流流速或流量的控制，从而达到对实验所需流场流速或流量的控制；该控制过程中，运用反馈机制，是指选取流速仪所测得数据作为反馈控制量，参与流速控制，或者是选取流量计所测得数据作为反馈控制量，参与流量控制；计算机运行控制程序的核心是控制算法，输出控制值通过公式(1)进行描述，

u(n)＝U(n)+Δu(n) (1)

式中，u(n)表示输出控制值，U(n)表示输出控制基值，由用户设置给定的系统终值U及控制时间间隔按线性插值计算得到，Δu(n)表示输出修正增量，采用增量式数字PID控制表达式，通过公式(2)进行描述，

Δu(n)＝K_p[e(n)-e(n-1)]+K_ie(n)+K_d[e(n)-2e(n-1)+e(n-2)] (2)

式中，e(n)表示反馈值，既系统流速或流量的实测值，K_p表示比例反馈系数，K_i表示积分反馈系数，K_d表示微分反馈系数，其中系统初值u(0),e(0)由系统初始状态下的实测值给出，K_p、K_i、K_d由系统调试时，按照不同水深、不同流场宽度下，流速或流量从小到大分段整定，建立各级水深与流场宽度下的参数取值专家库，实际控制输出时，根据设定水深和流场宽度，从专家库中按水深与流场宽度分级选取相应的K_p、K_i、K_d参数。

2.根据权利要求1所述方法中的装置，包括波流水池、“L”型出流有压廊道、“L”型回流有压廊道、(M+N)个出流均流区、(M+N)个回流均流区、(M+N)个水池内出流口、(M+N)个水池内回流口、N个打开及M个关闭的出流阀门、N个打开及M个关闭的回流阀门、阀门廊道、多个双向轴流泵、多个造流泵管道阀门、多个流量计及流速仪，其特征在于：所述波流水池位于整套装置的最上层，所述“L”型出流有压廊道与“L”型回流有压廊道对扣环抱设置在波流水池外缘偏下部，所述共2(M+N)个出流、回流均流区彼此独立，均布在波流水池下层四边，每个均流区的一端开口，即出流口、回流口位于波流水池底面，每个均流区的另一端通过管道连接阀门，即出流、回流阀门后与有压廊道连通，组成(M+N)组出流水通道和(M+N)组回流水通道；波流水池通过出流水通道连接“L”型出流有压廊道，通过回流水通道连接“L”型回流有压廊道，“L”型回流有压廊道通过多组泵水通道与“L”型出流有压廊道连通，多组泵水通道通过管道依次连接双向轴流泵、流量计及造流泵管道阀门；所述阀门廊道设置在波流水池的外缘及有压廊道的上部，其内无水，用于安装操作出流、回流阀门；

所述流速仪在实验工作时，设置在波流水池中的实验所需流场里，用于监测造流工作时的水流速。