專(zhuān)利名稱(chēng)：一種在水工模型試驗(yàn)中模擬涌潮的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在水工模型試驗(yàn)中模擬涌潮的裝置和方法，尤其是一種利用快速提升閘門(mén)在通道中形成高水位，大流速?zèng)_擊涌潮的方法，屬于水利工程模型試驗(yàn)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在海岸及江河湖泊等出入口區(qū)域經(jīng)常承受浪、潮等交替沖擊，水工控流設(shè)施及相關(guān)建筑物承受巨大的沖擊力易引發(fā)結(jié)構(gòu)破壞性事故。近年來(lái)海嘯事故頻發(fā)，其破壞性也越來(lái)越嚴(yán)重，給沿岸設(shè)施造成了極其嚴(yán)重的破壞，全方位對(duì)超強(qiáng)涌潮全真模擬，真實(shí)模擬其超強(qiáng)沖擊荷載一直成為該項(xiàng)試驗(yàn)的重大難題。目前尚無(wú)有效的方法快速簡(jiǎn)便地進(jìn)行強(qiáng)涌潮高潮速控制模擬，僅能通過(guò)大范圍水域系統(tǒng)及多泵系統(tǒng)進(jìn)行低潮頭、底流速涌潮模擬，由于模擬的潮頭潮速?gòu)?qiáng)度有限，為強(qiáng)潮荷載的測(cè)量分析帶來(lái)巨大偏差，為擋潮建筑物工程設(shè)計(jì)荷載采用帶來(lái)極大誤差，涌潮反演效果不明顯。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題就是提供一種在水工模型試驗(yàn)中模擬涌潮的裝置和方法。一種在水工模型試驗(yàn)中模擬涌潮的裝置，包括快速提升閘門(mén)裝置、上蓄水池段、涌潮段、下蓄水池段順序連接。所述的快速提升閘門(mén)裝置包括:閘門(mén)、門(mén)槽、滑輪、重物、重物支撐臺(tái)、門(mén)槽限位器，所述的閘門(mén)、滑輪、重物由鋼絲繩連接，門(mén)槽限位器在閘門(mén)升至最高位置時(shí)限制閘門(mén)滑出門(mén)槽，所述的重物支撐平臺(tái)在充水準(zhǔn)備階段用以支撐重物，所述的卷?yè)P(yáng)機(jī)用以在試驗(yàn)準(zhǔn)備階段提升重物。所述的上蓄水池段包括:上蓄水池、進(jìn)水調(diào)節(jié)閥、出水調(diào)節(jié)門(mén)、上回水槽，所述的出水調(diào)節(jié)門(mén)上游連接上蓄水池，下游連接上回水槽。所述的涌潮段包括:涌潮生成口、涌潮通道、涌潮通道進(jìn)水調(diào)節(jié)閥、測(cè)潮裝置、涌潮分流門(mén)、涌潮沖擊結(jié)構(gòu)物；所述的測(cè)潮裝置包括:流速儀、潮位儀；所述的涌潮沖擊結(jié)構(gòu)物上布設(shè)壓力傳感器。所述的下蓄水池段包括:下游水池、下游進(jìn)水調(diào)節(jié)閥、下回水槽。所述的重物重量計(jì)算公式為(3 5)X [閘門(mén)重+門(mén)槽摩擦系數(shù)X P g (上蓄水池水位-涌潮通道水位)x閘門(mén)面積]，優(yōu)選地為3X [閘門(mén)重+門(mén)槽摩擦系數(shù)X Pg (上蓄水池水位-涌潮通道水位)X閘門(mén)面積]。發(fā)明人試驗(yàn)多個(gè)方案，配備了不同重量的重物，當(dāng)重物小于上述重量時(shí)，沖量不足，閘門(mén)在打開(kāi)后半段速度較慢；當(dāng)重物大于上述重量時(shí)閘門(mén)撞擊門(mén)槽限位器極易造成損壞。所述的涌潮生成口的收縮角為10 15度，優(yōu)選地為13度。發(fā)明人經(jīng)過(guò)多個(gè)方案比較后發(fā)現(xiàn):當(dāng)涌潮生成口的收縮角小于10度時(shí)，基本無(wú)收縮，涌潮高度很難達(dá)到設(shè)計(jì)要求；涌潮生成口的收縮角大于15度時(shí)出口處會(huì)形成顯著漩渦，涌潮在通道內(nèi)行進(jìn)時(shí)形態(tài)受到影響，不能滿(mǎn)足準(zhǔn)確模擬的需要。因此發(fā)明人發(fā)現(xiàn)涌潮生成口的收縮角為10 15度比較合適。所述的涌潮通道長(zhǎng)度是寬度的10 15倍，優(yōu)選地為10倍。發(fā)明人經(jīng)過(guò)多個(gè)方案比較后發(fā)現(xiàn):當(dāng)涌潮通道長(zhǎng)度小于寬度的10倍時(shí)不能生成涌浪，當(dāng)涌潮通道長(zhǎng)度大于寬度的15倍時(shí)，所生成的涌浪發(fā)生明顯的衰減不能滿(mǎn)足模擬的需要。一種在水工模型試驗(yàn)中測(cè)量涌潮對(duì)涌潮沖擊結(jié)構(gòu)物動(dòng)水壓力的方法，其特征在于:首先利用上述裝置將涌潮沖擊結(jié)構(gòu)物固定在測(cè)試位置，調(diào)整上蓄水池水位使之和涌潮通道內(nèi)水位形成計(jì)算獲得的水位差，水位差計(jì)算公式為Ah = v2/2g。然后通過(guò)多次試驗(yàn)生成涌浪確定上蓄水池水位與涌潮通道內(nèi)水位差。開(kāi)始試驗(yàn)時(shí)，將涌潮通道水位和下游水池水位設(shè)定為設(shè)計(jì)工況水位。迅速移除支撐平臺(tái)，重物下墜到一定高度時(shí)慣性沖量拉起閘門(mén)。閘門(mén)打開(kāi)后上蓄水池水流迅速通過(guò)涌潮生成口產(chǎn)生涌潮，涌潮通過(guò)涌潮通道的約束，形成預(yù)定的潮型，潮速、潮高，沖擊涌潮沖擊結(jié)構(gòu)物，多出的水流通過(guò)涌潮分流門(mén)分流，并通過(guò)潮頭高度及流速測(cè)量?jī)x實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)涌潮實(shí)際數(shù)據(jù)。同時(shí)記錄涌潮沖擊結(jié)構(gòu)物上布設(shè)的壓力傳感器壓力值。本發(fā)明有如下有益效果:(I)本發(fā)明提供了一種在水工模型試驗(yàn)中模擬涌潮的裝置；(2)本發(fā)明提供了一種在水工模型試驗(yàn)中測(cè)量涌潮對(duì)涌潮沖擊結(jié)構(gòu)物動(dòng)水壓力的方法；(3)本發(fā)明具有方法可靠，測(cè)量精確，重復(fù)性好的優(yōu)點(diǎn)。


圖1為發(fā)明裝置的縱向剖面示意圖；圖2為發(fā)明裝置的俯視示意圖；本發(fā)明的設(shè)備包括:1上蓄水池，11重物支撐臺(tái)，12重物，121卷?yè)P(yáng)機(jī)，13滑輪，14鋼絲繩，13滑輪，15門(mén)槽限位器，16門(mén)槽，17閘門(mén)，18進(jìn)水調(diào)節(jié)閥，19出水調(diào)節(jié)門(mén)，191上回水槽，2涌潮通道，21涌潮生成口，22涌潮通道進(jìn)水調(diào)節(jié)閥，23測(cè)潮裝置，24涌潮沖擊結(jié)構(gòu)物，25涌潮分流門(mén)，3下游水池，31下游進(jìn)水調(diào)節(jié)閥，32下回水槽。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例一下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。—種在水工模型試驗(yàn)中模擬涌潮的裝置，包括快速提升閘門(mén)裝置、上蓄水池段、涌潮段、下蓄水池段順序連接。所述的快速提升閘門(mén)裝置包括:閘門(mén)17、門(mén)槽16、滑輪13、重物12、重物支撐臺(tái)
11、門(mén)槽限位器15、卷?yè)P(yáng)機(jī)121，所述的閘門(mén)17、滑輪13、重物12由鋼絲繩14連接，門(mén)槽限位器15在閘門(mén)17升至最高位置時(shí)限制閘門(mén)17滑出門(mén)槽16，
所述的重物支撐平臺(tái)11在充水準(zhǔn)備階段用以支撐重物12，所述的卷?yè)P(yáng)機(jī)121用以在試驗(yàn)準(zhǔn)備階段提升重物12。所述的上蓄水池段包括:上蓄水池1、進(jìn)水調(diào)節(jié)閥18、出水調(diào)節(jié)門(mén)19、上回水槽191，所述的出水調(diào)節(jié)門(mén)19上游連接上蓄水池1，下游連接上回水槽191。所述的涌潮段包括:涌潮生成口 21、涌潮通道2、涌潮通道進(jìn)水調(diào)節(jié)閥22、測(cè)潮裝置23、涌潮分流門(mén)25、涌潮沖擊結(jié)構(gòu)物24 ；所述的測(cè)潮裝置23包括:流速儀、潮位儀；所述的涌潮沖擊結(jié)構(gòu)物24上布設(shè)壓力傳感器。所述的下蓄水池段包括:下游水池3、下游進(jìn)水調(diào)節(jié)閥31、下回水槽32。所述的重物重量計(jì)算公式為3 X [閘門(mén)重+ (上蓄水池水位-涌潮通道水位)X門(mén)槽摩擦系數(shù)]。所述的涌潮通道長(zhǎng)度是寬度的10倍。所述的涌潮生成口的收縮角為13度。一種在水工模型試驗(yàn)中測(cè)量涌潮對(duì)涌潮沖擊結(jié)構(gòu)物動(dòng)水壓力的方法:a.利用一種在水工模型試驗(yàn)中模擬涌潮的裝置將涌潮沖擊結(jié)構(gòu)物24固定在測(cè)試位置，調(diào)整上蓄水池I水位使之和涌潮通道2內(nèi)水位形成計(jì)算獲得的水位差，水位差計(jì)算公式為Ah = v2/2g。然后通過(guò)多次試驗(yàn)生成涌浪確定上蓄水池I水位與涌潮通道2內(nèi)水位差; b.開(kāi)始試驗(yàn)時(shí)，將涌潮通道2水位和下游水池3水位設(shè)定為設(shè)計(jì)工況水位；c.迅速移除重物支撐臺(tái)11，重物12下墜到一定高度時(shí)慣性沖量拉起閘門(mén)17 ；d.閘門(mén)打開(kāi)后上蓄水池I水流迅速通過(guò)涌潮生成口 21產(chǎn)生涌潮，涌潮通過(guò)涌潮通道2的約束，形成預(yù)定的潮型，潮速、潮高，沖擊涌潮沖擊結(jié)構(gòu)物24，多出的水流通過(guò)涌潮分流門(mén)25分流，并通過(guò)測(cè)潮裝置23實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)涌潮實(shí)際數(shù)據(jù)；e.同時(shí)記錄涌潮沖擊結(jié)構(gòu)物24上布設(shè)的壓力傳感器壓力值。實(shí)施例二—種在水工模型試驗(yàn)中模擬涌潮的裝置，包括快速提升閘門(mén)裝置、上蓄水池段、涌潮段、下蓄水池段順序連接。所述的快速提升閘門(mén)裝置包括:閘門(mén)17、門(mén)槽16、滑輪13、重物12、重物支撐臺(tái)
11、門(mén)槽限位器15、卷?yè)P(yáng)機(jī)121，所述的閘門(mén)17、滑輪13、重物12由鋼絲繩14連接，門(mén)槽限位器15在閘門(mén)17升至最高位置時(shí)限制閘門(mén)17滑出門(mén)槽16，所述的重物支撐平臺(tái)11在充水準(zhǔn)備階段用以支撐重物12，所述的卷?yè)P(yáng)機(jī)121用以在試驗(yàn)準(zhǔn)備階段提升重物12。所述的上蓄水池段包括:上蓄水池1、進(jìn)水調(diào)節(jié)閥18、出水調(diào)節(jié)門(mén)19、上回水槽191，所述的出水調(diào)節(jié)門(mén)19上游連接上蓄水池1，下游連接上回水槽191。所述的涌潮段包括:涌潮生成口 21、涌潮通道2、涌潮通道進(jìn)水調(diào)節(jié)閥22、測(cè)潮裝置23、涌潮分流門(mén)25、涌潮沖擊結(jié)構(gòu)物24 ；所述的測(cè)潮裝置23包括:流速儀、潮位儀；所述的涌潮沖擊結(jié)構(gòu)物24上布設(shè)壓力傳感器。
所述的下蓄水池段包括:下游水池3、下游進(jìn)水調(diào)節(jié)閥31、下回水槽32。所述的重物重量計(jì)算公式為5 X [閘門(mén)重+ (上蓄水池水位-涌潮通道水位)X門(mén)槽摩擦系數(shù)]。所述的涌潮通道長(zhǎng)度是寬度的15倍。所述的涌潮生成口的收縮角為15度。一種在水工模型試驗(yàn)中測(cè)量涌潮對(duì)涌潮沖擊結(jié)構(gòu)物動(dòng)水壓力的方法:a.利用一種在水工模型試驗(yàn)中模擬涌潮的裝置將涌潮沖擊結(jié)構(gòu)物24固定在測(cè)試位置，調(diào)整上蓄水池I水位使之和涌潮通道2內(nèi)水位形成計(jì)算獲得的水位差，水位差計(jì)算公式為Ah = v2/2g。然后通過(guò)多次試驗(yàn)生成涌浪確定上蓄水池I水位與涌潮通道2內(nèi)水位差;b.開(kāi)始試驗(yàn)時(shí)，將涌潮通道2水位和下游水池3水位設(shè)定為設(shè)計(jì)工況水位；c.迅速移除重物支撐臺(tái)11，重物12下墜到一定高度時(shí)慣性沖量拉起閘門(mén)17 ；d.閘門(mén)打開(kāi)后上蓄水池I水流迅速通過(guò)涌潮生成口 21產(chǎn)生涌潮，涌潮通過(guò)涌潮通道2的約束，形成預(yù)定的潮型，潮速、潮高，沖擊涌潮沖擊結(jié)構(gòu)物24，多出的水流通過(guò)涌潮分流門(mén)25分流，并通過(guò)測(cè)潮裝置23實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)涌潮實(shí)際數(shù)據(jù)；e.同時(shí)記錄涌潮沖擊結(jié)構(gòu)物24上布設(shè)的壓力傳感器壓力值。實(shí)施例三本實(shí)施例其他與實(shí)施例二相同，只是所述的重物重量計(jì)算公式為4X [閘門(mén)重+(上蓄水池水位-涌潮通道水位)X門(mén)槽摩擦系數(shù)]。實(shí)施例四本實(shí)施例其他與實(shí)施例二相同，只是所述的涌潮通道長(zhǎng)度是寬度的12.5倍。實(shí)施例五本實(shí)施例其他與實(shí)施例二相同，只是所述的涌潮生成口的收縮角為10度。
權(quán)利要求
1.一種在水工模型試驗(yàn)中模擬涌潮的裝置，其特征在于，包括:快速提升閘門(mén)裝置、上蓄水池段、涌潮段、下蓄水池段順序連接； 所述的快速提升閘門(mén)裝置包括:閘門(mén)、門(mén)槽、滑輪、重物、重物支撐臺(tái)、卷?yè)P(yáng)機(jī)、門(mén)槽限位器， 所述的閘門(mén)、滑輪、重物由鋼絲繩連接，門(mén)槽限位器在閘門(mén)升至最高位置時(shí)限制閘門(mén)滑出門(mén)槽， 所述的重物支撐平臺(tái)在充水準(zhǔn)備階段用以支撐重物， 所述的卷?yè)P(yáng)機(jī)用以在試驗(yàn)準(zhǔn)備階段提升重物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種在水工模型試驗(yàn)中模擬涌潮的裝置，其特征在于:所述的上蓄水池段包括:上蓄水池、進(jìn)水調(diào)節(jié)閥、出水調(diào)節(jié)門(mén)、上回水槽，所述的出水調(diào)節(jié)門(mén)上游連接上蓄水池，下游連接上回水槽。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種在水工模型試驗(yàn)中模擬涌潮的裝置，其特征在于:所述的涌潮段包括:涌潮生成口、涌潮通道、涌潮通道進(jìn)水調(diào)節(jié)閥、測(cè)潮裝置、涌潮分流門(mén)、涌潮沖擊結(jié)構(gòu)物； 所述的測(cè)潮裝置包括:流速儀、潮位儀；所述的涌潮沖擊結(jié)構(gòu)物上布設(shè)壓力傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種在水工模型試驗(yàn)中模擬涌潮的裝置，其特征在于:所述的下蓄水池段包括:下游水池、下游進(jìn)水調(diào)節(jié)閥、下回水槽。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種在水工模型試驗(yàn)中模擬涌潮的裝置，其特征在于:所述的重物重量計(jì)算公式為(3 5)X [閘門(mén)重+門(mén)槽摩擦系數(shù)Xpg (上蓄水池水位-涌潮通道水位)X閘門(mén)面積]。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種在水工模型試驗(yàn)中模擬涌潮的裝置，其特征在于:所述的涌潮生成口的收縮角為10 15度。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種在水工模型試驗(yàn)中模擬涌潮的裝置，其特征在于:所述的涌潮通道長(zhǎng)度是寬度的10 15倍。
8.—種在水工模型試驗(yàn)中測(cè)量涌潮對(duì)涌潮沖擊結(jié)構(gòu)物動(dòng)水壓力的方法，其特征在于:包括以下步驟: a.利用一種在水工模型試驗(yàn)中模擬涌潮的裝置將涌潮沖擊結(jié)構(gòu)物固定在測(cè)試位置，調(diào)整上蓄水池水位使之和涌潮通道內(nèi)水位形成計(jì)算獲得的水位差，水位差計(jì)算公式為Ah =v2/2g, 然后通過(guò)多次試驗(yàn)生成涌浪確定上蓄水池水位與涌潮通道內(nèi)水位差； b.開(kāi)始試驗(yàn)時(shí)，將涌潮通道水位和下游水池水位設(shè)定為設(shè)計(jì)工況水位； c.迅速移除支撐平臺(tái)，重物下墜到一定高度時(shí)慣性沖量拉起閘門(mén)； d.閘門(mén)打開(kāi)后上蓄水池水流迅速通過(guò)涌潮生成口產(chǎn)生涌潮，涌潮通過(guò)涌潮通道的約束，形成預(yù)定的潮型，潮速、潮高，沖擊涌潮沖擊結(jié)構(gòu)物，多出的水流通過(guò)涌潮分流門(mén)分流，并通過(guò)潮頭高度及流速測(cè)量?jī)x實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)涌潮實(shí)際數(shù)據(jù)； e.同時(shí)記錄涌潮沖擊結(jié)構(gòu)物上布設(shè)的壓力傳感器壓力值。
全文摘要
一種在水工模型試驗(yàn)中模擬涌潮的裝置，其特征在于，包括快速提升閘門(mén)裝置、上蓄水池段、涌潮段、下蓄水池段順序連接；所述的快速提升閘門(mén)裝置包括閘門(mén)、門(mén)槽、滑輪、重物、重物支撐臺(tái)、卷?yè)P(yáng)機(jī)、門(mén)槽限位器，所述的閘門(mén)、滑輪、重物由鋼絲繩連接，門(mén)槽限位器在閘門(mén)升至最高位置時(shí)限制閘門(mén)滑出門(mén)槽，所述的重物支撐平臺(tái)在充水準(zhǔn)備階段用以支撐重物，所述的卷?yè)P(yáng)機(jī)用以在試驗(yàn)準(zhǔn)備階段提升重物。屬于水利工程模型試驗(yàn)領(lǐng)域。本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種在水利模型試驗(yàn)中擬涌潮的裝置和方法。本發(fā)明提供了的方法可以測(cè)量涌潮沖擊結(jié)構(gòu)物動(dòng)水壓力；并且具有方法可靠，測(cè)量精確，重復(fù)性好的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01M10/00GK103196650SQ20131006998
公開(kāi)日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2013年3月6日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月6日
發(fā)明者陳發(fā)展, 嚴(yán)根華 申請(qǐng)人:水利部交通運(yùn)輸部國(guó)家能源局南京水利科學(xué)研究院