專利名稱：一種河工物理模型用的水下集沙器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及水利科技領(lǐng)域，特別是涉及一種河工物理模型用的水下集沙器。
背景技術(shù)：
河工物理模型主要用于預(yù)測水沙運動與河床演變。在航道整治、圈圍造地以及水庫、碼頭建設(shè)等重大水利工程平面布置、實施效果以及施工順序等關(guān)鍵技術(shù)問題研究中，河工物理模型是目前最常用、最可靠的研究手段。水下床面泥沙輸移規(guī)律研究是河工物理模型試驗經(jīng)常涉及的重要問題，一般采用定床輸沙試驗，在定床輸沙試驗中，水下模型沙的采集是試驗過程中的重要環(huán)節(jié)之一，采集效果是否理想、采集方式是否合理均將影響試驗成果的質(zhì)量，甚至決定試驗的成敗。對于解決河工物理模型水下泥沙采集難題，至今尚未找到理想的方法，目前通用的方法是在模型上布置簡易集沙盒(將集沙盒嵌入河床內(nèi))收集泥沙。集沙盒有兩種型式， 一種是敞口集沙盒，另一種是半敞口集沙盒。敞口集沙盒是一種底部、四周封閉，頂部完全敞開的空腔。半敞口集沙盒是將敞口集沙盒的敞口封堵一部分而成。試驗中發(fā)現(xiàn)上述兩種集沙方式主要存在以下三個主要問題(1)敞口集沙盒在模型水流作用下容易形成較大尺度的垂向漩渦，集沙盒深度越淺，漩渦尺度越小，渦強越大，泥沙進入后容易被旋滾水流掀起躍出集沙盒，集沙效果不理想；半敞口集沙盒由于頂部局部蓋板作用，雖然其敞開部分存在垂向漩渦，但蓋板下方水流相對平穩(wěn)，其集沙效果略有改善，但仍不理想。(2)兩種集沙盒由于敞口面積和深度大(與模型尺度相比)，在模型試驗過程中均會產(chǎn)生“挖坑效應(yīng)”，對其附近流場干擾較大，因此影響試驗精度，嚴重時可能改變局部泥沙分布規(guī)律，致試驗成果不可靠。(3)上述兩種集沙盒均不能實現(xiàn)選擇性集沙(是一種被動集沙方式，集沙時間不能控制)，模型試驗中只要運動的泥沙經(jīng)過其上方就有可能被收集，這種集沙方式對單純測量推移質(zhì)數(shù)量尚可，但對于研究泥沙分布問題不甚理想，因為大量集沙盒的布置(相當(dāng)于在天然上挖了許多巨大的坑)會影響甚至阻礙天然泥沙分布規(guī)律在模型上的復(fù)演，最終將導(dǎo)致模型試驗成果失真。因此，如何全面解決河工物理模型水下泥沙采集難題，一直受到廣大水利科研人員的關(guān)注。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明就是為了解決上述問題，克服現(xiàn)有技術(shù)中河工物理模型在水下集沙所存在的問題，本發(fā)明提供一種實施簡便、集沙效果好、不干擾周圍流場且可以實現(xiàn)選擇性集沙的河工物理模型的水下集沙器，以全面解決河工物理模型水下泥沙采集難題。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種河工物理模型用的水下集沙器，包括集沙倉和蓋板，集沙倉為頂面開口的長方體盒形，蓋板設(shè)置于集沙倉的頂面，其特征在于，所述蓋板包括固定蓋板和設(shè)置于固定蓋板下方的滑動蓋板，滑動蓋板的長度小于固定蓋板的長度，所述固定蓋板和滑動蓋板上還設(shè)置有相互對應(yīng)的復(fù)數(shù)個用于漏進模型沙的條形孔，復(fù)數(shù)個條形孔間隔設(shè)置。上述一種河工物理模型用的水下集沙器，其特征在于，所述固定蓋板下表面的兩側(cè)設(shè)置有導(dǎo)軌，滑動蓋板卡在固定蓋板下表面兩側(cè)的導(dǎo)軌之中。上述一種河工物理模型用的水下集沙器，其特征在于，所述固定蓋板上設(shè)置有與導(dǎo)軌方向一致的長方形孔，長方形孔下方的滑動蓋板上設(shè)置有開關(guān)柱，開關(guān)柱穿過固定蓋板的長方形孔伸出蓋板外。上述一種河工物理模型用的水下集沙器，其特征在于，所述導(dǎo)軌的下方設(shè)置有固定懸臂，固定懸臂連接導(dǎo)軌，固定懸臂上設(shè)置有螺栓孔，螺栓孔內(nèi)設(shè)置有平衡調(diào)節(jié)螺栓，平衡調(diào)節(jié)螺栓的端點頂在導(dǎo)軌的下方。上述一種河工物理模型用的水下集沙器，其特征在于，所述條形孔的寬度為 5mm_IOmmο上述一種河工物理模型用的水下集沙器，其特征在于，所述條形孔的寬度不大于蓋板的厚度。上述一種河工物理模型用的水下集沙器，其特征在于，所述條形孔與條形孔之間的距離大于兩倍條形孔的寬度。本發(fā)明的有益效果是本項發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，全面解決了河工物理模型水下泥沙采集難題，提高了試驗數(shù)據(jù)精度，增加試驗成果可靠性，具有很好的應(yīng)用前景。


圖1是本發(fā)明的剖面圖；圖2是本發(fā)明的蓋板的分體示意圖；圖3是蓋板打開狀態(tài)的示意圖；圖4是蓋板關(guān)閉狀態(tài)的示意圖。
具體實施例方式為了使本發(fā)明實現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體圖示，進一步闡述本發(fā)明。參看圖1，一種河工物理模型用的水下集沙器，包括集沙倉100和蓋板200，集沙倉 100為頂面開口的長方體盒形，蓋板200設(shè)置于集沙倉100的頂面。蓋板200包括固定蓋板210和設(shè)置于固定蓋板210下方的滑動蓋板220，固定蓋板210下表面的兩側(cè)設(shè)置有導(dǎo)軌 230，滑動蓋板220卡在固定蓋板210下表面兩側(cè)的導(dǎo)軌230之中，同時因為滑動蓋板220 的長度小于固定蓋板210的長度，所以滑動蓋板220能夠沿著固定蓋板210下表面兩側(cè)的導(dǎo)軌230內(nèi)滑動。參看圖2，固定蓋板210上設(shè)置有復(fù)數(shù)個用于漏進模型沙的條形孔211，復(fù)數(shù)個條形孔211間隔設(shè)置，滑動蓋板220上設(shè)置有與固定蓋板210上的條形孔211相互對應(yīng)的復(fù)數(shù)個條形孔221，復(fù)數(shù)個條形孔221間隔設(shè)置。固定蓋板210上設(shè)置有與導(dǎo)軌240方向一致的長方形孔212，長方形孔212下方的滑動蓋板220上設(shè)置有開關(guān)柱222，開關(guān)柱222穿過
4固定蓋板210的長方形孔212伸出蓋板200外，使用的時候通過滑動長方形孔212中的開關(guān)柱222來帶動滑動蓋板220的滑動。參看圖3，當(dāng)滑動長方形孔212中的開關(guān)柱222，使得滑動蓋板220的條形孔221與固定蓋板210的條形孔212對齊時，條形孔221與條形孔212重合從而連通集沙倉100內(nèi)部和外部環(huán)境，蓋板100處于打開狀態(tài)，泥沙可以從對齊的條形孔221與條形孔212中進入到集沙倉100中。參看圖4，當(dāng)滑動長方形孔212中的開關(guān)柱222，使得滑動蓋板220的條形孔221與固定蓋板210的條形孔212不對齊時，條形孔221與條形孔212不重合從而隔斷集沙倉100 內(nèi)部和外部環(huán)境，蓋板100處于關(guān)閉狀態(tài)，泥沙不可以從對齊的條形孔221與條形孔212中進入到集沙倉100中。所以這樣的設(shè)計還能夠選擇性的收集泥沙。導(dǎo)軌230的下方設(shè)置有固定懸臂MO，固定懸臂240連接導(dǎo)軌230，固定懸臂240上設(shè)置有螺栓孔，螺栓孔內(nèi)設(shè)置有平衡調(diào)節(jié)螺栓250，平衡調(diào)節(jié)螺栓250的端點頂在導(dǎo)軌230 的下方。平衡調(diào)節(jié)螺栓250起到一個支撐導(dǎo)軌230同時控制滑動蓋板220與固定蓋板210 之間的松緊程度的作用。條形孔211和條形孔221的寬度均為5mm-10mm，相比模型沙粒徑(一般在0. 5毫米以內(nèi))大得多，泥沙很容易進入；蓋板200處于打開狀態(tài)時，在模型水流作用下，條形孔內(nèi)形成較高強度的小尺度漩渦，這些漩渦的存在產(chǎn)生兩個效果(1)消耗了大量的蓋板200上方近底水流動能，大大減弱了模型水流對集沙倉100內(nèi)水體的剪切作用，集沙倉100內(nèi)水體接近于靜水，泥沙一旦進入便會直接下沉不再躍出；( 增強了蓋板200上下物質(zhì)交換，有利于上方模型沙進入集沙倉100。并且條形孔211和條形孔221的寬度均不大于蓋板200的厚度，同時固定蓋板210 上條形孔211與條形孔211之間的距離大于兩倍條形孔211的寬度，滑動蓋板220上條形孔221與條形孔221之間的距離大于兩倍條形孔221的寬度。蓋板200上雖然設(shè)置了大量條形孔，但其總面積一般不足蓋板200總面積的三分之一，而且這些條形孔是間隔分布的，這種設(shè)計避免了“挖坑效應(yīng)”的產(chǎn)生，不會引起集沙裝置周圍水體流場的變化；蓋板條形孔尺寸小，其孔寬不大于集沙蓋板總厚度，這種結(jié)構(gòu)在模型水流作用下，孔內(nèi)會產(chǎn)生強度較大的小尺度漩渦，這種漩渦的存在必將耗散大量的蓋板 200上方近底水流動能，使近底流速接近于零，蓋板200上方水流垂向分布與固定床面條件基本一致?？梢詫崿F(xiàn)選擇性集沙，集沙蓋板200是雙層的，固定蓋板210固定不動，可以減少在操作蓋板200在開關(guān)時對模型水流的瞬間干擾作用，滑動蓋板220可以滑動，通過控制開關(guān)柱222可以選擇蓋板200條形孔是打開或關(guān)閉狀態(tài)，因此在模型試驗時，可以實現(xiàn)對集沙時刻、集沙時段的選擇。以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護范圍由所附的權(quán)利要求書及其等同物界定。
權(quán)利要求
1.一種河工物理模型用的水下集沙器，包括集沙倉和蓋板，集沙倉為頂面開口的長方體盒形，蓋板設(shè)置于集沙倉的頂面，其特征在于，所述蓋板包括固定蓋板和設(shè)置于固定蓋板下方的滑動蓋板，滑動蓋板的長度小于固定蓋板的長度，所述固定蓋板和滑動蓋板上還設(shè)置有相互對應(yīng)的復(fù)數(shù)個用于漏進模型沙的條形孔，復(fù)數(shù)個條形孔間隔設(shè)置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種河工物理模型用的水下集沙器，其特征在于，所述固定蓋板下表面的兩側(cè)設(shè)置有導(dǎo)軌，滑動蓋板卡在固定蓋板下表面兩側(cè)的導(dǎo)軌之中。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種河工物理模型用的水下集沙器，其特征在于，所述固定蓋板上設(shè)置有與導(dǎo)軌方向一致的長方形孔，長方形孔下方的滑動蓋板上設(shè)置有開關(guān)柱，開關(guān)柱穿過固定蓋板的長方形孔伸出蓋板外。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種河工物理模型用的水下集沙器，其特征在于，所述導(dǎo)軌的下方設(shè)置有固定懸臂，固定懸臂連接導(dǎo)軌，固定懸臂上設(shè)置有螺栓孔，螺栓孔內(nèi)設(shè)置有平衡調(diào)節(jié)螺栓，平衡調(diào)節(jié)螺栓的端點頂在導(dǎo)軌的下方。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種河工物理模型用的水下集沙器，其特征在于，所述條形孔的寬度為5mm-10mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述一種河工物理模型用的水下集沙器，其特征在于，所述條形孔的寬度不大于蓋板的厚度。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述一種河工物理模型用的水下集沙器，其特征在于，所述條形孔與條形孔之間的距離大于兩倍條形孔的寬度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種河工物理模型用的水下集沙器，包括集沙倉和蓋板，集沙倉為頂面開口的長方體盒形，蓋板設(shè)置于集沙倉的頂面，蓋板包括固定蓋板和設(shè)置于固定蓋板下的滑動蓋板，滑動蓋板的長度小于固定蓋板的長度，固定蓋板和滑動蓋板上還設(shè)置有相互對應(yīng)的復(fù)數(shù)個用于漏進模型沙的條形孔。本發(fā)明的有益效果是結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，全面解決了河工物理模型水下泥沙采集難題，提高了試驗數(shù)據(jù)精度，增加試驗成果可靠性，具有很好的應(yīng)用前景。
文檔編號E02B1/02GK102518078SQ20111035323
公開日2012年6月27日 申請日期2011年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月9日
發(fā)明者劉猛, 孫繼亮, 張宏偉, 徐亮, 李為華, 邱治興, 郭文華, 陸佳 申請人:上海河口海岸科學(xué)研究中心