[发明专利]一种模拟产生恒定明渠流的装置及方法

权利要求书

1.一种模拟产生恒定明渠流的装置，其特征在于，包括水箱(10)、过水通道(20)、集水单元(30)、升降单元和水循环机构，所述水箱(10)竖直设置，其下端设有多个支脚(11)，其前侧的下部设有出水口(12)，并在所述出水口(12)处设有挡板(40)，所述挡板(40)与所述水箱(10)滑动连接，并可固定在其移动轨迹的任意位置，其用于调节所述出水口(12)的大小，所述过水通道(20)为水箱(10)相适配条型结构，其沿前后方向设置在所述水箱(10)的前侧，其前端的多个侧面均通过弹性件与所述水箱(10)对应的侧壁密封连接，且所述集水单元(30)设置在所述过水通道(20)的后端下方，其进料端与所述过水通道(20)的后端连通，其用于收集流经过水通道(20)的水，所述升降单元设置在所述过水通道(20)的下方，其与所述过水通道(20)连接，其可驱动所述过水通道(20)的后端上下移动以调节所述过水通道(20)的倾斜角度，所述水循环机构分别与所述水箱(10)和所述集水单元(30)连接，其用于集水单元(30)内的水回流至水箱(10)内；

所述水循环机构包括水泵(70)、第一水管(71)和第二水管(72)，所述水泵(70)设置在所述水箱(10)的前侧，所述第一水管(71)水平设置在所述过水通道(20)下方，其一端与所述水泵(70)连通，其另一端与所述集水单元(30)连通，所述第二水管(72)的一端与所述水泵(70)连通，其另一端与所述水箱(10)的内部连通；

所述过水通道(20)上设有两个楔子(80)，所述楔子(80)为直角三棱柱结构，所述楔子(80)均沿所述过水通道(20)的长度方向设置，并沿所述过水通道(20)的宽度方向间隔分布，其两端分别延伸至所述过水通道(20)的对应端，且其靠近所述过水通道(20)的一侧均与所述过水通道(20)的对应侧贴合；

模拟产生恒定明渠流所述装置需要满足以下条件：

r＝γRJ＝ρgRJ (2)

其中，S为水箱10的底部面积，h₀为水箱10内初始水位高度，h_ef为水箱10的有效水位高度，v为所需流速，z为过水通道20的挡水板的高度，Δh为过水通道20的底板至出水口12顶部的高度，w为过水通道20的底板的宽度，L为过水通道20的底板的长度，θ为楔子80的斜面与过水通道20底板的倾角，β为过水通道20倾斜角度，a为水箱10底部的边长，R为水力半径，g为重力加速度，Q为水泵70的恒定抽水量，Re为雷诺系数，μ为水的粘性系数，ρ为水的密度，d为特征长度，在本发明中，d＝4R，m为水的质量，λ为沿程阻力系数，h_f为水头损失，γ为水的单位体积下的重量，r为水流阻力。

2.根据权利要求1所述的一种模拟产生恒定明渠流的装置，其特征在于，所述出水口(12)为矩形结构，其左右两侧均延伸至水箱(10)的对应侧侧壁，所述挡板(40)为与所述出水口(12)相适配的矩形结构，其设置在所述水箱(10)内，并位于所述出水口(12)的上方，其与所述水箱(10)的前侧内壁滑动连接，在外力作用下，其可上下移动，并可固定在其滑动轨迹的任一位置。

3.根据权利要求1所述的一种模拟产生恒定明渠流的装置，其特征在于，所述升降单元包括两个千斤顶(60)，两个所述千斤顶(60)分别间隔分布在所述过水通道(20)下方的前部和后部，并分别与所述过水通道(20)固定连接。

4.根据权利要求1所述的一种模拟产生恒定明渠流的装置，其特征在于，所述集水单元(30)为集水箱，所述集水箱的上端敞口设置。