一种模拟河流水温受太阳辐射影响的实验装置

技术领域

本发明涉及一种实验装置，具体涉及一种可以模拟河道受太阳光照射过程中 河道内水体的温度变化情况的实验装置。

背景技术

由于大坝库区内水体的水温分层作用，通过泄水建筑物向下游下泄的水体在 冬季会呈现出比天然河道温度高，在夏季比天然河道水温低的现象。这种下泄低、 高温水在河道输移过程中受到太阳光的辐射作用，河流水体温度逐渐接近天然河 道。如何通过模型实验，实现动态模拟提供光照，从而实现近乎全真的太阳光模 拟，确保实验环境的仿真性，为研究河道的温度恢复过程提供有实用价值的实验 数据，成为实验人员亟待解决的问题。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提出一种能够模拟太阳 光的辐射对河流水体温度变化影响研究的实验装置，真实的再现并记录了自然界 中太阳光照射河流后河流水体在入、出水口及沿程温度的变化过程。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明的一种模拟河流水温受太阳辐射影 响的实验装置，包括计算机、信号自动采集仪、河道模型和入水恒温箱，所述的 信号自动采集仪输入端与河道模型连接，信号自动采集仪输出端与计算机连接， 河道模型设有入水口和出水口，入水口与入水恒温箱通过入水管连接，入水恒温 箱为河道模型提供水量稳定、水温恒定的水流，入水口和出水口均设有把复杂的 水流流态转变成接近天然河道水流形态的水流的平水板，平水板设有多个过水 孔，河道模型的底面设有底板，河道模型顶部设有光源，光源位于灯架上，河道 模型河道底部设有一组测量河水温度的温度传感器。

作为优选，所述的光源为氙灯光源，具体为长弧氙灯光源。

作为优选，所述的平水板过水孔分布行列均匀或者以梅花形分布，孔径的大 小可以根据情况进行调节，例如可以为3～8mm。

作为优选，所述的温度传感器沿河道中线布置；温度传感器采用热电阻，温 度传感器的检测范围为-200～450℃，误差精度0.1℃。

所述氙灯光源是利用氙气放电而发光的电光源，灯内放电物质是惰性气体氙 气。氙灯辐射光谱能量分布与日光非常接近，其色温在5500-6000K，具有良好 的显色指数，故氙灯也俗称为小太阳。所以，通过本发明的实验装置测试的数据 更能接近实际太阳光的性能特征，更加符合模拟河道所面临的自然环境。

作为优选，氙灯光源可以采用8盏1000瓦的氙灯。在实验的时候根据实验 模拟需要的光照强度可以开启相应的氙灯灯数，开启氙灯灯数的确定方法是在河 流模型表面放一个光照仪，通过光照仪的显示的光照强度数调节氙灯灯数；灯架 为可以上下调节高度的结构，通过调节氙灯灯架的高低进行光照强度的微调。氙 灯的开启采用对称开启，这样能比较好的保证光照强度的均匀性。其中，光照仪 可以在市场上买到。

有益效果：本发明的一种模拟河流水温受太阳辐射影响的实验装置，具有结 构简单、操作方便的优点，本发明中，光波波段齐全，传感器布置灵活，观测数 据方便、精确，能够真实的再现并记录自然界中太阳光照射河流后河流水体在入 水口、出水口及沿程温度的变化过程。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1中平水板的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1至2所示，本发明的一种模拟河流水温受太阳辐射影响的实验装置， 包括计算机1、信号自动采集仪2、平水板3、河道模型4和入水恒温箱9，入水 恒温箱9产生恒温的流水通过入水管6送入到河道模型4入水口，入水口设有平 水板3，通过平水板3把复杂的水流流态转变成接近天然河道水流形态的水流； 在河道模型4河道中设有一组感知水温的温度传感器7，水流通过出水口流出， 在出水口设有平水板3和闸门槽，闸门槽设有可以调节水流流态和控制出水口出 水高程的闸门；河道模型4设有底板8，水流在底板8上流动过程中，受到河道 模型4顶部氙灯光源5的辐射，氙灯光源5位于灯架10上，水流水温会发生变 化，根据实验装置尺寸的大小，选择不同氙灯光源的瓦数和盏数；温度传感器7 测量到水流在河道的温度变化，信号自动采集仪2到温度传感器7测量的温度信 号，通过计算机1进行数据处理，模拟河流水温受太阳辐射影响。

在本发明中，河道模型4按照河底坡降制模；入水恒温箱9用奥德机械的W 系列水温控制系统，可以根据不同的工况选择入水流量和入水温度；温度传感器 7采用热电阻，型号YL-01，规格5000mm，分度号pt100，检测范围-200～450℃， 误差精度0.1℃，温度传感器7沿河道模型4的中线布置，根据实验要求布置温 度传感器7的密度；信号自动采集仪2采用三维渗流流量-温度-压力-水分模拟信 号自动采集，采用自带的温度采集系统程序进行数据录入；信号自动采集仪2 通过数据线与计算机1连接，通过计算机1的显示屏作为输出设备显示各时刻各 断面温度值。

本实施例中，底板8与河道模型4用有机玻璃（亚克力）专用胶进行紧密连 接；平水板与河流模型4用有机玻璃（亚克力）专用胶两侧紧密连接。平水板3 的具体结构是：平水板3上设有多组过水孔，过水孔分布以行列均匀或者以梅花 形分布比较好。平水板3的厚度根据使用需要设定，采用所选材料的有机玻璃的 厚度即可，推荐采用厚度为1cm左右比较好，孔径的大小可以根据情况进行调节， 例如可以为3～8mm，本实施例中为4mm，另平水板3安装的位置不能太靠近入水 管6的管口，其与入水管6的管口的距离以大于10cm为宜。平水板3的作用是 可以把入水管3的相对集中的水流形态转换成接近天然河道的顺直水流。

本实施例中，水温的量测和监测是通过高精度快速响应温度传感器7和相应 的温度采集系统程序实现的。高精度快速响应型PT100铂电阻温度传感器，响应 时间1s，探针直径仅为4mm，量程范围为0－60℃，温度测量相对误差2.5‰。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技 术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些 改进和润饰也应视为本发明的保护范围。