[发明专利]一种消除环形水槽横向环流的调试方法

摘要

本发明涉及一种消除环形水槽横向环流的调试方法，所述调试方法通过调试系统实现，所述调试系统由剪切环支撑架、环形水槽槽身、剪切环、控制柜、流量计探头、ADV探头和传动系统组成，本发明利用声学多普勒测速仪、明渠流量计及球形彩色硅胶颗粒示踪物消除环形中水槽横向环流的方法。本发明利用球型彩色硅胶颗粒示踪物指示环形水槽中水流水力状态，确定消除横向环流时下盘环形水槽运转周期与上盘剪切环相对应运转周期的关系，获取了环形水槽消除横向环流的操作参数；同时利用ADV及流量计实现实时测量环形水槽双向运动条件下的水流速度，通过调整剪切环及环形水槽槽身转速，获取研究所需水流流速。

主权项

一种消除环形水槽横向环流的调试方法，所述调试方法通过调试系统实现，所述调试系统由剪切环支撑架(1)、环形水槽槽身(2)、剪切环(3)、控制柜(4)、流量计探头(5)、ADV探头(6)和传动系统(7)组成，环形水槽槽身(2)由环形水槽内壁(8)和环形水槽外壁(9)组成，剪切环为有机玻璃圆环，其特征在于环形水槽槽身(2)上方设置剪切环(3)，环形水槽槽身(2)和剪切环(3)可相对反向旋转，所述环形水槽槽身(2)和剪切环(3)分别通过控制柜(4)和传动系统(7)控制其转数；环形水槽槽身(2)内底部设有圆球形彩色硅胶示踪颗粒；为测定环形水槽内水流流速，在环形水槽槽身(2)底部中央开一个圆孔(12)，安装流量计探头(5)，并在剪切环(3)中央开设一个圆孔(13)，安装声学多普勒测速系统，所述声学多普勒测速系统由ADV探头(6)和无线发射装置构成，可在线记录水槽中水流流速，精确至0.01cm/s；流量计探头(5)采用明渠流量计，可直接在显示屏上实时读数，并可存储实时记录水流流速，精确至0.1cm/s；流量计探头(5)与ADV探头(6)均可拆卸，并可调节ADV探头(6)在水槽内的深度；具体步骤如下：(1)在环形水槽中加水至h（mm）处，并投加定制直径为4.8‑5.2mm的圆球形彩色硅胶示踪颗粒20~30个，圆球形彩色硅胶示踪颗粒沉至环形水槽槽身底部；(2)调节ADV探头(6)至水深0.6h的上方50mm处，则ADV探头所测流速为探头下方50mm水深处控制体的三维点速，也即水深0.6h处的三维点速，该点流速可以代表水流垂向断面平均速度；流量计探头(5)则沿水深分层读取水流速度，经过自动换算得出水流垂向断面平均速度；(3)通过控制柜(4)和传动系统(7)调节剪切环(3)旋转，环形水槽槽身(2)静止；当仅剪切环(3)旋转时，固定在环形水槽槽身(2)底部的流量计探头(5)静止，ADV探头(6)相对水流运动，水槽内实际水流方向与剪切环(3)旋转方向相同；此时流量计测量流速代表水槽内实际水流速度，流量计测量流速精确至0.1cm/s；水槽内实际水流速度、ADV探头(6)随剪切环(3)旋转线速度、ADV探头(6)所测流速与流量计所测流速之间的计算关系式如下：其中：为ADV探头(6)随剪切环(3)旋转的线速度，为ADV测量的水流速度，为环形水槽内实际水流速度，为流量计测量的水流速度；(4)通过控制柜(4)和传动系统(7)调节剪切环(3)静止，环形水槽槽身(2)旋转；当仅环形水槽槽身(2)旋转时，ADV探头(6)静止，流量计探头(5)相对水流运动，水槽内实际水流方向与环形水槽槽身(2)旋转方向相同；此时ADV探头所测流速为水槽内实际水流速度，ADV探头测量流速精确至0.01cm/s；水槽内实际水流速度、流量计探头(5)随环形水槽槽身(2)旋转的线速度、ADV探头所测流速与流量计所测流速之间的计算关系式如下：其中：为ADV探头测量的水流速度，为环形水槽内实际水流速度，为流量计探头(5)随环形水槽槽身(2)旋转的线速度，为流量计测量的水流速度；(5)通过控制柜(4)和传动系统(7)起动环形水槽槽身(2)，调节转数为a转/分钟，可观测到圆球形彩色硅胶颗粒向水槽外壁(9)偏移，表明水槽底部横向环流明显；通过控制柜(4)和传动系统(7)启动剪切环(3)，旋转方向与环形水槽槽身(2)旋转方向相反，调节转数为b转/分钟时，硅胶颗粒逐渐向水槽中间移动，当圆球形彩色硅胶颗粒保持沿着水槽中线运动时，此时认为已消除横向环流；(6)通过控制柜(4)和传动系统(7)调节剪切环(3)和环形水槽槽身(2)同时旋转，分别保持转数为a转/分钟和b转/分钟，ADV探头(6)与流量计探头(5)都相对水流运动，通过控制柜(4)和传动系统(7)立即关停环形水槽槽身(2)和剪切环(3)的方法；换算得出水槽中的水流实际速度，此时控制剪切环(3)静止，水流在惯性作用下继续流动，通过安装在剪切环(3)上的ADV探头在线记录，得到ADV探头(6)静止后水流的速度变化，变化趋势为逐渐减小，可将ADV探头(6)最初静止时水流速度最大值作为剪切环(3)和环形水槽槽身(2)同时旋转时水槽内的水流速度；此速度即为剪切环(3)和环形水槽槽身(2)分别保持转数为a转/分钟和b转/分钟时，环形水槽内水流的断面平均流速，ADV测量流速可精确至0.01cm/s。