本發(fā)明涉及一種水利工程中觀測黏性泥沙絮凝沉降的試驗(yàn)裝置，尤其涉及一種可觀測不同速度梯度下黏性泥沙絮凝沉降的試驗(yàn)裝置。

背景技術(shù)：

河口海岸水域環(huán)境中細(xì)顆粒泥沙的絮凝是引起河口、海岸泥沙沉降的主要原因；而泥沙的沉降堆積通常會抬高床面，影響通航，同時黏性泥沙絮凝也會吸附大量營養(yǎng)物質(zhì)，造成環(huán)境危害。

在黏性泥沙絮凝過程中，絮體粒徑是重要的研究參數(shù)。根據(jù)以往研究基礎(chǔ)，流體剪切力是影響?zhàn)ば阅嗌承跄两档闹匾蛩?；在一定流體剪切力作用下，當(dāng)絮體的聚合和破碎形成平衡時，絮體粒徑分布趨于穩(wěn)定。

為了研究流體剪切力對黏性泥沙絮凝沉降的影響，需要設(shè)計(jì)試驗(yàn)裝置來觀測不同流體剪切力條件下黏性泥沙絮凝后的絮體平衡粒徑。以往研究泥沙絮凝沉降所用裝置有絮凝攪拌器、沉降筒等，但是都有不同程度的缺陷，如絮凝攪拌器只能產(chǎn)生高強(qiáng)度剪切力，不能對低流速河道的水流剪切條件進(jìn)行模擬，且絮凝攪拌器高度較小，泥沙未充分絮凝就已經(jīng)沉降，不能對平衡條件的絮體粒徑進(jìn)行觀測；目前多數(shù)學(xué)者使用的沉降筒大多有以下缺陷：1、沒有振動格珊，不能產(chǎn)生均勻各向同性湍流；2、沉降筒高度較小、不能達(dá)到平衡條件；3、沒有將絮體分離，結(jié)合攝像設(shè)備實(shí)驗(yàn)時，泥沙之間相互干擾較大，不能得到理想的絮體圖像。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就在于為了解決上述問題而提供一種可觀測不同速度梯度下黏性泥沙絮凝沉降的試驗(yàn)裝置

本發(fā)明通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)上述目的：

一種可觀測不同速度梯度下黏性泥沙絮凝沉降的試驗(yàn)裝置，包括集水箱、空心沉降柱、絮體分離室、底泥收集室和圖像采集裝置，豎向且上、下端均開口的所述空心沉降柱的上部與所述集水箱相通連接，所述絮體分離室的上端與所述空心沉降柱的下端連接，所述絮體分離室的上端設(shè)有用于將所述空心沉降柱中的一部分絮體收集到所述絮體分離室內(nèi)的絮體收集口，所述底泥收集室設(shè)于所述絮體分離室的下方并用于收集未進(jìn)入所述絮體分離室內(nèi)的其它絮體；所述圖像采集裝置安裝于所述絮體分離室的旁邊。

作為優(yōu)選，所述試驗(yàn)裝置還包括電機(jī)和多個格柵，多個所述格柵豎向間隔排列在所述空心沉降柱內(nèi)，多個所述格柵之間通過豎向的連桿活動連接，所述電機(jī)安裝于所述空心沉降柱的上方，所述連桿的上端能夠通過所述電機(jī)帶動上下移動。根據(jù)需要，本發(fā)明的連桿優(yōu)選四根，兩根為一組，兩組連桿分別設(shè)于格柵的兩側(cè)。

進(jìn)一步，所述試驗(yàn)裝置還包括清水箱和清水室，所述清水室設(shè)于所述絮體分離室的外側(cè)，所述清水箱設(shè)于所述清水室的外側(cè)，所述清水箱內(nèi)的清水不能進(jìn)入所述空心沉降柱內(nèi)，所述清水箱內(nèi)的清水能夠進(jìn)入所述清水室內(nèi)，所述清水箱和所述清水室內(nèi)的清水均不能進(jìn)入所述絮體分離室內(nèi)，所述絮體分離室的內(nèi)壁中與所述圖像采集裝置相對的一側(cè)內(nèi)壁為黑色內(nèi)壁。

進(jìn)一步，所述試驗(yàn)裝置還包括攪拌器，所述攪拌器設(shè)于所述集水箱內(nèi)；所述空心沉降柱的上部置于所述集水箱內(nèi)，所述空心沉降柱的上部管壁上設(shè)有能夠控制開、關(guān)的出入口。

進(jìn)一步，所述空心沉降柱的豎向方向間隔設(shè)有多個取樣管，所述取樣管上設(shè)有開關(guān)。

具體地，所述圖像采集裝置包括激光發(fā)射器、攝像機(jī)和圖像采集主機(jī)，所述激光發(fā)射器的出射片狀光束對準(zhǔn)所述絮體分離室，所述攝像機(jī)的鏡頭對準(zhǔn)所述絮體分離室，所述攝像機(jī)的信號輸出端與所述圖像采集主機(jī)的信號輸入端連接。圖像采集裝置統(tǒng)稱PIV設(shè)備。

本發(fā)明的有益效果在于：

本發(fā)明通過設(shè)計(jì)空心沉降柱使泥沙絮體形成沉降狀態(tài)，通過設(shè)計(jì)絮體分離室將一部分被檢測的絮體與其它絮體分離，避免絮體過多以致相互間干擾，使其測量準(zhǔn)確度顯著提高，通過圖像采集裝置獲得絮體圖像以分析黏性泥沙絮凝沉降后形成絮體的粒徑和沉降速率；通過在空心沉降柱內(nèi)設(shè)置多個格柵并通過電機(jī)帶動上下移動形成振動，可產(chǎn)生不同程度的各向均勻同性湍流，利于分析不同剪切力條件下的黏性泥沙絮凝沉降規(guī)律；通過設(shè)置清水箱和清水室，增強(qiáng)絮體分離室內(nèi)的透光性，防止攝像時影像變形，更利于拍攝清晰的圖像，絮體分離室的內(nèi)壁中與所述圖像采集裝置相對的一側(cè)內(nèi)壁為黑色內(nèi)壁，能更好地避免其它絮體的干擾；通過設(shè)計(jì)攪拌器，可以保證進(jìn)入空心沉降柱中的懸浮泥沙的濃度均勻；通過設(shè)計(jì)開、關(guān)可控的出入口實(shí)現(xiàn)泥沙絮體的定時定量排放，且更加便于完成不同速度梯度下黏性泥沙絮凝沉降的試驗(yàn)；通過在空心沉降柱的豎向方向間隔設(shè)置多個取樣管并設(shè)置開關(guān)，使本試驗(yàn)裝置不僅適用于影像測量，還可進(jìn)行傳統(tǒng)取樣分析。

附圖說明

圖1是本發(fā)明所述可觀測不同速度梯度下黏性泥沙絮凝沉降的試驗(yàn)裝置的主視透視結(jié)構(gòu)示意圖，圖中未示激光發(fā)射器、攝像機(jī)和圖像采集主機(jī)；

圖2是本發(fā)明所述試驗(yàn)裝置中圖像采集相關(guān)部件的立體透明結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明所述試驗(yàn)裝置中圖像采集相關(guān)部件的俯視透明結(jié)構(gòu)示意圖，圖中未示激光發(fā)射器。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明：

如圖1、圖2和圖3所示，本發(fā)明所述可觀測不同速度梯度下黏性泥沙絮凝沉降的試驗(yàn)裝置包括集水箱1、電機(jī)11、攪拌器10、空心沉降柱2、格柵3、絮體分離室5、清水箱8、清水室7、底泥收集室9、激光發(fā)射器15、攝像機(jī)13和圖像采集主機(jī)14，攪拌器10設(shè)于所述集水箱1內(nèi)，豎向且上、下端均開口的圓柱形空心沉降柱2的上部與集水箱1相通連接，空心沉降柱2的上部置于集水箱1內(nèi)，空心沉降柱2的上部管壁上設(shè)有能夠控制開、關(guān)的出入口4，多個格柵 3豎向間隔排列在空心沉降柱2內(nèi)，多個格柵3之間通過四條豎向的連桿(圖中未標(biāo)記)活動連接且四條所述連桿分兩組分別置于格柵3的兩側(cè)，電機(jī)11安裝于空心沉降柱2的上方并位于集水箱1內(nèi)，四條所述連桿的上端能夠通過電機(jī) 11帶動上下移動，空心沉降柱2的豎向方向間隔設(shè)有多個取樣管12，取樣管12 上設(shè)有開關(guān)，絮體分離室5的上端與空心沉降柱2的下端連接，絮體分離室5 的上端設(shè)有用于將空心沉降柱2中的一部分絮體收集到絮體分離室5內(nèi)的絮體收集口6，底泥收集室9設(shè)于絮體分離室5的下方并用于收集未進(jìn)入絮體分離室 5內(nèi)的其它絮體；清水室7設(shè)于絮體分離室5的外側(cè)，清水箱8設(shè)于清水室7的外側(cè)，清水箱8內(nèi)的清水不能進(jìn)入空心沉降柱2內(nèi)，清水箱8內(nèi)的清水能夠進(jìn)入清水室7內(nèi)，清水箱8和清水室7內(nèi)的清水均不能進(jìn)入絮體分離室5內(nèi)，絮體分離室5的內(nèi)壁中與圖像采集裝置相對的一側(cè)內(nèi)壁為黑色內(nèi)壁；上述激光發(fā)射器15、攝像機(jī)13和圖像采集主機(jī)14共同構(gòu)成圖像采集裝置，統(tǒng)稱為PIV設(shè)備，安裝于絮體分離室5的旁邊，激光發(fā)射器15的出射片狀光束和攝像機(jī)的鏡頭分別對準(zhǔn)絮體分離室5，攝像機(jī)13的信號輸出端與圖像采集主機(jī)14的輸入端連接。上述集水箱1、空心沉降柱2、絮體分離室5、清水箱8、清水室7、底泥收集室9之間涉及相互連接的，具體的連接結(jié)構(gòu)根據(jù)需要采用常規(guī)連接結(jié)構(gòu)即可實(shí)現(xiàn)，比如可以采用法蘭連接，也可以采用一體成型等。

更具體地，上述集水箱1的高度為200mm、容積為0.2m³；空心沉降柱2 的高度為1.8m、內(nèi)徑為300mm、壁厚為10mm；出入口4的寬度為60mm、高度為100mm；格珊3的珊條寬度為d＝10mm、孔徑為M＝50mm，相鄰格珊3之間的間距為H＝250mm，其4≤H/M≤6，這是是格珊3產(chǎn)生同向均勻湍流的條件，格珊3的邊緣與空心沉降柱2的內(nèi)壁之間的間距為20mm；清水箱8的高度為 300mm，絮體分離室5的長、寬、高分別為60mm、68mm、300mm，上下皆密封，僅在上部留一10mm×10mm的絮體收集口6；底泥收集室9的內(nèi)徑為 300mm、高度為300mm；相鄰取樣管12之間的間距為30cm。

如圖1-圖3所示，根據(jù)應(yīng)用需要，試驗(yàn)時可以采用如下優(yōu)選步驟：

1、在空心沉降柱2中注入清水，清水通過出入口4進(jìn)入至集水箱1內(nèi)至適量，關(guān)閉出入口4，然后將電機(jī)11開啟，調(diào)節(jié)格柵3的振幅和頻率到實(shí)驗(yàn)要求；

2、將配制好濃度的實(shí)驗(yàn)?zāi)嗌车谷爰?內(nèi)，將攪拌機(jī)10開啟連續(xù)攪拌；

3、在清水箱8中加入清水，使清水室7內(nèi)也注滿清水；

4、待空心沉降柱2中的水流紊動均勻時，將上方的出入口4打開，使泥沙懸浮液即絮體進(jìn)入空心沉降柱2；

5、開啟攝像機(jī)13，連續(xù)拍攝絮體分離室5中的絮體圖像；

6、所拍攝圖像儲存在圖像采集主機(jī)14中，可采用專業(yè)圖像處理軟件分析、計(jì)算其粒徑和沉速，具體的分析方法不是本發(fā)明的創(chuàng)新所在，更不是本發(fā)明的保護(hù)對象，在此不作具體說明。

上述實(shí)施例只是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不是對本發(fā)明技術(shù)方案的限制，只要是不經(jīng)過創(chuàng)造性勞動即可在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的技術(shù)方案，均應(yīng)視為落入本發(fā)明專利的權(quán)利保護(hù)范圍內(nèi)。