[实用新型]基于帕斯卡原理的大型造流水池流场均匀度自动调节装置

说明书

本实用新型提供了基于帕斯卡原理的大型造流水池流场均匀度自动调节装置，包括：造流廊道系统，配水管群系统，液压阀门系统，和液压调控系统。本实用新型全部采用机械系统，并巧妙借助液压系统的帕斯卡原理，无任何电子电路或自动化测量控制，结构可靠性高，实施方便，并且能够确保在任何来流情况、工作水深等工况下的入流流量的均匀性，避免了导流线型优化等措施仅在单一工况条件下才能达到最优的局限。

技术领域

本实用新型涉及水利港口和海洋模型试验的技术领域，更具体地，涉及一种基于帕斯卡原理的大型造流水池流场均匀度自动调节装置。

背景技术

造流水池试验系统是模拟自然界河水、潮汐流动、研究水流流场及其与结构物相互作用的重要手段，在水利工程、港口海岸工程和海洋工程领域具有广泛应用；另外，造流和造波、造风、地震等作用耦合模拟，能够研究更为复杂的极端自然环境，为工程设计和防灾减灾提供有力支撑。

在造流水池设计中，流场的均匀性是一个至关重要的指标。在大部分的研究中，实验室内需要模拟自然界(河流或海洋)特定流速下的水流环境，因此造流水池内需要形成尽可能均匀的流场结构。然而，由于受到实验场地空间等限制，往往需要在较为狭小的空间进行造流系统建造，其中的输水管道或廊道、入口导流、出口导流等部分应尽可能压缩，将有限的空间留给造流试验测试区域。输水管道或廊道的急弯转折往往不可避免，给试验流场的均匀性带来了极大挑战。以图1中的造流流场为例，水流自右侧廊道输入，经90度转折后，向上方流动进入水流试验区。如图1和2所示，由于入口处流场存在明显的局部漩涡结构，在水池入口断面MM处水流的均匀度很难满足试验要求；在水池入口段安装一系列分流管进行整流，能够保证管道内进入水池的水流流速为沿着水池向上，但由于局部流场结构复杂，很难保证给分流管内的流速大小相同。如何保证从各分流管出流的流量相同，即图2中管A、B、C流量相等，是造流系统设计中需要解决的关键技术难题。大型水池入流口面积大、水流容易分散，流场均匀性的难题更加突出。

目前，针对造流水池入流速度的控制，主要通过优化导流整流设计或者配合一系列分布式阀门的开度控制来实现。例如专利《并流式深水造流系统及方法》(申请号200610025220.5)设计了六层造流装置，每层造流装置均由驱动水泵、进水管道、出水管道组成，通过调节安装在管道上的阀门控制通断，使得造流装置的驱动水泵驱动水的能量在垂向各层造流装置间进行分配，从而制造各种剖面流。专利《深水试验池造流系统复合式整流装置》(申请号200610148237.X)在深水试验池造流系统的造流喷口出口近距离处安装由支撑框架和整流块构成的整流板，水流经过造流喷口喷射而出撞上整流块后，达到均匀、稳定的状态。专利《一种压力穿孔墙结构的深水造流系统》(申请号201320808079.1)通过压力穿孔墙砌块横向与水平板和立柱为钢筋混凝土连接，纵向由钢板与两端的“U”形钢板焊接成整体结构的整流墙，实现流场的均匀性。专利《一种深水试验池整体造流结构》(申请号201520011068.X)深水池两侧的进、出水流道上由隔板分割成若干层高度不等的水平流道分层，每一水平流道分层设有各自独立的造流水泵以及与其连接的进、出水廊道组成的分层造流系统，各分层造流相互独立，可在不同深度模拟不同流速，保证水流在水池宽度方向整体均匀性和稳定性，达到流速均匀的整流效果。专利《一种用于深水试验水池池内的造流系统》(申请号201620578366.1)利用圆变方连接段、整流墙及升降平台实现流场均匀性调节。专利《一种水下振动台全向造流管道系统》(申请号201820945458.8)将汇流区设计为“L”型结构轴对称设置于造流水池外侧，进行入流流速的优化设计。上述优化设计、阀门或出口调节往往能够提高流场的均匀性，但并不能够保证在各种水深、流量工况下流场导流的流体力学性能最优、流场均匀性严格相同。