[发明专利]高速挟沙水流空蚀破坏试验装置

说明书

高速挟沙水流空蚀破坏试验装置，包括基座，基座上设有水箱，水箱包括内外套设的内筒和外筒，内筒的内腔连通有第一进水支管和第二进水支管，第一进水支管和第二进水支管的出水端共同连通有主管道，主管道上设有用于观察混凝土试件空蚀破坏的空蚀段；空蚀段的底部设有底座，底座上设有多个便于实时采集各测压点压力的测压孔，空蚀段的顶部设有用于放置混凝土试件的安放盒，主管道的出水端分流为第一支管、第二支管和第三支管，第一支管、第二支管和第三支管的出水端均与内筒的内腔连通。本发明易于模拟各种含沙量、粒径以及级配等对挟沙高速水流空蚀破坏的影响，有效控制水流空化数，通过观察混凝土试件的空蚀程度，可以分析空蚀破坏的强度。

技术领域

本发明涉及空蚀破坏试验技术领域，尤其涉及高速挟沙水流空蚀破坏试验装置。

背景技术

空化空蚀一直是水利水电工程、船舶、海军武器装备中普遍存在但尚未完全解决的技术难题。龙羊峡和二滩的泄洪洞、新安江和丰满大坝的挑流鼻坎、美国胡佛(Hoover)坝和格伦峡(Glen Canyon)坝泄洪洞、苏联萨扬---舒申斯克(Саяно—Шушенск)水电站消力池底板等均发生过严重的空蚀破坏,影响工程的正常安全运行。目前对于空蚀的机理普遍认为“空蚀是由于游移型空泡溃灭或是由于在固定型空穴内表面上的游移型空泡溃灭时形成的冲击波和微射流反复冲击作用在材料表面上所致。”冲击压强的大小与游移型空泡内外压强的大小及流体的性质有关。与一般的清水工程不同，通常的水利水电工程所涉及的流体均为挟沙水流，而且在溢流坝、泄洪洞、溢洪道等泄水建筑物中，挟沙水流处于高速水流状态，对水工建筑物会造成严重的空蚀破坏。高速水流对水工建筑物造成空蚀破坏是能够预期的，但挟沙水流中存在着泥沙效应，挟沙水流作为一种特殊的固-液两相流动介质，当泥沙粒径、泥沙级配、泥沙浓度等产生变化时，挟沙水流的特性必然会随之发生变化。而流体特性的变化对于空蚀破坏自然会产生影响。挟沙水流中泥沙的存在对于空蚀破坏是“促进”还是“抑制”？而泥沙各种特性对于高速水流在空蚀破坏中起到的作用单纯通过理论分析是很难得出结论的。因此亟需一种物理模型的实验方法，来研究高速挟沙水流中泥沙对于空蚀破坏的影响。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种高速挟沙水流空蚀破坏试验装置。

本发明采用的技术方案是：高速挟沙水流空蚀破坏试验装置，包括基座，基座上设有水箱，水箱包括内外套设的内筒(1)和外筒(2)，内筒(1)内具有用于盛放挟沙水样的内腔，内筒(1)和外筒(2) 之间形成用于容纳冷却水的环形空腔，内筒(1)的外壁上设有与内筒(1)的内腔连通的一号排水管道(3)，一号排水管道(3)的出水端穿过外筒(2)延伸至外筒(2)外部，一号排水管道(3)上且位于外筒(2)外的位置设有一号阀门(4)；外筒(2)的外壁上设有与环形空腔连通的二号排水管道(5)，二号排水管道(5)上设有二号阀门(6)；

所述内筒(1)的内腔连通有第一进水支管和第二进水支管，第一进水支管和第二进水支管的出水端共同连通有主管道(7)，第一进水支管上设有一号水泵(11)，第二进水支管上设有二号水泵(12)；主管道(7)上设有用于观察试件空蚀破坏的空蚀段(13)，空蚀段(13) 的横截面为方形，空蚀段(13)的纵截面为梯形，空蚀段(13)进水端的横截面面积小于空蚀段(13)出水端的横截面面积；空蚀段(13) 的两侧设有梯形的有机玻璃观察窗(13-2)；空蚀段(13)的底部设有底座，底座上设有多个便于实时采集各测压点压力的测压孔(13-1)，测压孔(13-1)上安装有压力传感器；空蚀段(13)的顶部设有用于放置混凝土试件的安放盒(13-3)，混凝土试件大致呈倒“凸”字形结构；安放盒(13-3)的底部设有与混凝土试件下部形状相适配的通孔，通孔与空蚀段(13)的内部连通；混凝土试件的下部嵌设在安放盒(13-3)的通孔内，且混凝土试件的底面与空蚀段(13)的顶部内表面齐平；安放盒(13-3)的顶端设有用于密封安放盒(13-3)顶端的金属顶板；