乾坤袋式悬移质泥沙采样器的设计与试验研究

目前常用的悬移质泥沙采样器包括横式、瓶式和调压式采样器,体型均较为笨重且工作效率低下。这些传统的采样器难以满足现代化河流采样的需求,因此研制出了一种乾坤袋式悬移质泥沙采样器。该采样器通过单片机控制蠕动泵抽水流量,可直接根据抽水时间和抽水流量确定水样体积,并配合既存储泥沙又过滤水样的滤网型水样袋,实现了以小体积设备过滤无限多水样的目的。此采样器使用的滤网型水样袋将采样与过滤合二为一,大大降低了水样容器的体积,提高了单次采样效率。此外,采样器的配重为5 kg,总重量不足8 kg,可单人徒手操作,极大地减小了采样过程中的劳动量。乾坤袋式悬移质泥沙采样器的设计便于在地形复杂的地区进行采样,是一个采样器轻型便捷化的新尝试。总之,乾坤袋式悬移质泥沙采样器的问世,提高了现代化河流采样的效率和准确度,方便了地质学家、水文学家等科研人员进行相关研究。该采样器的设计创新,为未来采样器的发展提供了新思路和新方向。

排沙漏斗的水流特性试验研究及其工程应用

根据排沙漏斗模型试验资料 ,通过对比分析排沙漏斗清、浑水流场特性 ,初步探明了排沙漏斗的水流结构和输沙机理。同时 ,排沙漏斗的原型观测和实际应用表明 ,排沙漏斗的实际工程应用是成功的 ,与曲线沉沙池和厢形沉沙池等传统工程措施相比 ,它具有截沙率高、排沙耗水量小。

垂直点阵集沙仪的集沙效率

垂直点阵集沙仪是挟沙气流中输沙量垂线分布测量的主要仪器。各类垂直点阵集沙仪的集沙效率有所不同 ,因而相应获取的实测资料之精度也差异较大。作者将大量实测输沙量垂线分布数据与获取这些数据的集沙仪类型相联系 ,分析了各类垂直点阵集沙仪的集沙效率 ,发现在近床面区各种集沙仪的集沙效率都较低且相差较大 ;远离近床面区集沙效率都较高但差别很小 ;集沙效率随着距床面高度的增加而急剧增高。文中提出了“集沙效率指标” ,即用近床面区实测输沙量分布与上段输沙量确定的分布在近床面区外延计算值之间的偏离程度来反映各种集沙仪的集沙效率变化特征。在风速和沙粒粒径相似的条件下 ,集沙效率指标值越大 ,对应的集沙效率也越高。单管集沙仪的集沙效率最高 ,一般点阵式集沙仪的集沙效率次之 ,台阶式点阵集沙仪的集沙效率最低。集沙效率指标随集沙仪类型的变化主要受集沙仪中单个进沙口高度影响 ,反映了集沙仪内部排气状况的重要性。通过对气流速度和沙粒粒径等因素对集沙效率影响的讨论 ,提出了可以通过改善近床面区集沙条件、减小集沙仪进沙口高度等方法来提高集沙效率的建议 ,这些对进一步研制高效的集沙仪都具有参考价值。

垂向异重流式水沙分离鳃鳃片间距对水沙分离的影响研究

通过改变垂向异重流式水沙分离鳃中鳃片间间距以及鳃片与分离鳃纵向侧壁的间距,利用不同含沙浓度的水在垂向异重流式水沙分离鳃中进行泥沙的沉降实验。对实验中泥沙在两种不同鳃片间距的分离鳃中的沉降现象进行比较分析,确定了鳃片间间距越小,水沙分离效果越好;鳃片与侧壁间距越小,水沙分离效果越好,但太小又可能会造成泥沙淤积,不易清除。

PIV流场量测中图像变形的修正

在用PIV技术测量流速场时 ,会因图像的几何变形而引起计算的误差。本文试验标定了不同型号的摄像系统的变形误差 ,论证了图像几何变形的特性 ,并提出了相应的校正公式 ,推荐的系统配置经校正后的图像几何变形误差小于 0 .4个象素。

悬沙的ADCP估测方法

ADCP估测悬沙含量是基于声波的背散射强度正比于悬沙浓度的理论。在实际测验中 ,由于多种因素干扰 ,ADCP所得到的背散射强度与悬沙浓度之间存在着不定的非线性关系。同传统的回归方法比较 ,BP网络模型方法可以使含沙估测精度有较大的提高。

大型模型试验水沙循环调制设备及控制系统

介绍了水沙循环调制设备及控制系统结构及原理,该系统可用于大型模型试验的流量测量与控制、含沙量测量与控制、水沙循环调制、水位测量与控制、水库水位测量报警和流速、水位、含沙量、泥沙颗粒级配等数据多点同步采集与处理,还设计安装了监测监控系统。全套系统已应用于多项国家重点科技攻关项目和省部级重点科技项目。

基于图像识别的水下地形冲刷过程监测

针对水下地形冲刷过程发展的特点,引进医学领域图像处理与分析技术,提出了以波长635 nm的红色线状激光为辅助光源、以MATLAB图像识别处理技术为基础的水下地形冲刷监测方法.该方法具有非接触性测量、实时同步监测等特点.同时基于MATLAB的图像识别原理,提出了重现水下地形的数字化方法.通过在河工模型局部冲刷发展研究中的实际应用及误差分析,结果表明监测系统十分有效,可以实现水下地形冲刷过程的实时精细监测及动态分析.

横向振动格栅紊流紊动特性试验

建立了一套大尺度格栅紊流试验系统,格栅进行有别于传统垂向模式的横向振动,采用粒子图像测速技术（Particle Image Velocimetry,PIV）测量流速。对瞬时流速的检验表明,该系统产生的紊流场具有较强的随机性和统计规律性。均方根流速在格栅片附近变化较大,在两片格栅中间处趋于稳定,纵向均方根流速明显大于垂向均方根流速,二者比值在1.5-2.0之间,接近天然明渠紊流。雷诺应力在距格栅越近处波动越大,随着距格栅距离的增加而减小,至两片格栅中间处雷诺应力基本为0。时间和长度积分尺度在格栅片处最小,随着距格栅距离的增加而线性增加,至两片格栅中间处达到最大值。流速能谱呈现Kolmogorov理论的-5/3次方规律。本系统生成的紊流场的统计规律与传统的垂向振动格栅紊流较为一致,但纵向和垂向的紊动强度更接近实际,为后续紊流中泥沙和污染物等运动机理的研究奠定了基础。

梭锥管混浊流体分离装置水沙分离影响因素优化试验研究

将梭锥管混浊流体分离装置(简称梭锥管)用于混水泥沙分离。采用均匀正交试验考察了锥圈间距、进流量、倾角以及底孔孔径对梭锥管的耗水率和表面负荷率的影响。通过PPR和极差分析得出:影响耗水率的各因素主次排列为底孔孔径、进流量、锥管偏角和锥圈间距;而影响表面负荷率的各因数主次排列为底孔孔径、进流量、锥圈间距和锥管倾角。考虑试验因素对耗水率和表面负荷率影响程度的影响及它们在分离中所起作用的大小,优化了装置参数,水平优化表明:当锥圈间距2 cm,进流量14.5 cm3/s,倾角60°和底孔孔径2mm时,耗水率最小,表面负荷率最大。

光学后向散射浊度仪简介及应用研究

主要介绍了进口光学散射浊度仪的结构、测量原理、校准 ,并对其误差和影响因素进行了分析 ,揭示了含沙浓度与浊度的相关关系 。

振动式悬移质测沙仪的原理与应用

振动式悬移质测沙仪的工作原理是利用传感器内振动管的不同振动周期代表被测水体的不同含沙量。室内外大量的比测试验结果表明,振动式悬移质测沙仪实现了对含沙量快速、准确、实时的在线监测和记录,且测量含沙量范围大,受泥沙粒径变化影响小,长期稳定性好;能够随测随报,极大地提高了作业效率;操作简便,减轻了工作人员的劳动强度,提高了安全性;提供了数据采集与传输的智能接口,便于数据远程传输,为实现水文测量数字化打下了基础。

大尺度浑水水力分离清水装置的水沙分离试验研究

为得到大尺度浑水水力分离清水装置出清率与进流浓度、进流流量和底孔直径的关系,采用物理模型试验的方法对其进行了系列试验研究,并结合室内小尺度物模结果进行分析。结果表明:当溢流流量比较小时,不同的进流流量和底孔孔径对应的溢流浊度相差不大;当溢流流量较大时,溢流浊度随之增加,且溢流流量与进流流量基本呈正比。随着底孔孔径和进流浓度的增加,出清率逐渐减小,在相同进流浓度时装置尺寸越大,出清率越高。并总结出了在固定溢流浊度下,进流浓度、装置直径和清水溢出流量三者的关系式。

黄河水泥沙碟式分离机碟片间隙的确定

针对碟式分离机结构参数设计,介绍了碟式分离机工作原理,重点分析了沉降颗粒不被液流带走的条件。通过建立碟片双锥坐标系,推导出黄河水泥沙碟式分离机碟片间隙公式,并根据黄河水的特性计算出碟片间隙数据。

基于PLC的含沙量多量程在线监测系统

基于PLC的含沙量多量程在线检测系统采用光电检测技术和电容式差压检测技术两种方法,分高、低含沙量进行综合检测,将多种数据进行融合处理。对其工作原理、PLC电路设计及组态监控系统设计进行了分析,试验结果表明:含沙量60 kg/m3以下时,系统采用光电法进行检测,超出60 kg/m3时,系统采用电容差压法进行检测;系统对含沙量的检测精度高,稳定性强,克服了环境因素的影响,弥补了单一方法检测的局限性。

模型试验流速测量仪器的分析研究

分析研究了用于模型试验的流速测量传感器和相关仪器,重点介绍了旋浆流速仪、电磁流速仪和超声波流速仪。

细颗粒泥沙试验用折返式直水槽的研制

为适应长江口细颗粒泥沙动水絮凝沉降试验所需,设计研制了7道总长度为339.3m的定底坡折返式直水槽,以及加盐加沙装置和出水控制系统,水槽试验水深25cm、试验流量0.0025～0.0200m3/s(流速5～40cm/s),试验结果表明,采用湾道导流及在低流速时采取构筑潜坝措施后,该水槽可在不同的流量条件下,基本达到稳定均匀流,适合进行细颗粒泥沙动水沉降试验.

机械式造波机的机构设计及其运动性能分析

为满足实验室进行水槽试验时对波浪的要求,在机械式造波机机构简图的基础上进行了严格的理论分析,并提出了机构设计所遵循的一般原则:①涡轮电机输出转盘的半径r0应尽可能小;②系数比l2/l3(涡轮电机输出转盘中心至造波机摇板转动点的距离l2与摇板转动力臂l3之比)尽可能大。通过数值计算研究了造波机摇板的运动特性,表明造波机摇板的运动规律是简谐的,造出的波浪也符合简谐规律。同时指出,造波机摇板平衡位置的偏移角与系数比相关,系数比越大,则偏移角越小。

摇板式造波机系统交流电机额定功率的选取

根据线性波浪理论和理论力学原理,分别计算实验室水槽采用摇板式造波机系统时产生的波能和机构动能,进而确定交流电机的额定功率。结果表明:机构动能与电机转动(波浪)周期成反比,并且波能大于机构动能;当机构转动周期T>1.0 s时,波能远远大于机构动能;周期T=2.0 s时交流电机额定功率约为3.5 kW。

移动式水力清淤装置试验研究

经济可行、高效灵活、节能环保的清淤技术对于中小型水库的库容恢复具有重要意义。设计了一套封闭式水力冲沙清淤装置,并在一座2.6 m长、1.1 m宽、1.6 m深的室内水池中开展了清淤排沙效果试验。试验结果表明,该装置可将底部泥沙充分扰动,稳定排出高浓度挟沙水流,池内循环方式试验含沙量可达300~500 kg/m^3;外排吸沙泵排沙方式和虹吸排沙方式的平均含沙量分别为301 kg/m^3和152 kg/m^3。排沙运行时隔离罩外底层含沙量仅为0.613 kg/m^3。试验和分析结果表明,本装置可有效排出底部泥沙,对周围水体干扰较小,在未来中小型水库、沉沙池及其他相关领域具有一定的应用推广价值。