一种渗流发生现象实验装置的制作方法

1.本实用新型涉及实验教学领域，具体涉及一种渗流发生现象实验装置。


背景技术：

2.渗流理论在水利、土建、给水排水、环境保护、地质、石油、化工等许多领域都有广泛的应用。在水利工程中，最常用的渗流问题有：土壤及透水地基上建筑物的渗漏及稳定，水井、集水廊道等集水建筑物的设计计算，水库及河渠边岸的侧渗等等。
3.当前专业渗流模型较为复杂，精密度高，成本大，不适合开设水利工程、土建等相关专业的高等院校教学使用，而高等院校使用的实验装置大多只有观察效果，缺少基本相关数据收集与分析。


技术实现要素：

4.本实用新型为了更加深入研究并改善上述情况,针对学校等教育机构提供了一种渗透现象发生实验装置。其主要目的在于：为了使水利、土建等相关专业的学生更快、更深入的了解和学习渗流的原理及流体运动路径。
5.本实用新型增加了液位传感器和压力传感器，使实验结果更加全面、准确，加装了触摸屏，能够实时显示实验过程中的各项实验数据，便于学生进行记录和整理；加装了染料桶和染料注射针，实验教学时插入砂子中，能更好的反应流体的运动轨迹。
6.本实用新型整体为长方体结构，按照功能分为实验部分、传感器部分、循环水部分、数据收集部分、可更换实验部件。
7.所述实验部分位于实验装置上部分，使用透明钢化玻璃制作，保证坚固的同时便于学生观察渗流现象，内含测试介质（如砂子）；测试介质中间为板桩模型，可上下改变板桩模型的位置做渗流现象对比实验；实验部分左侧设有水源作用的进水水箱，右侧设有实验进行时回收水的出水水箱，模拟实地环境，测试介质可根据实验要求更换；染料桶安装在实验部分的上方，连接染料注射针，用于试验时灌注有颜色的液体，便于学生观察渗流现象发生时的流体运动路径，可调节染料注射针针阀改变染料进入测试介质的流速。
8.所述传感器部分分为压力传感器和液位传感器，压力传感器安装在压力传感器柱上，共三根压力传感器柱，一根压力传感器柱均匀安装4个压力传感器，实验教学前将压力传感器柱垂直放置在测试介质中，可测量测试介质发生渗流现象时不同层次的压力变化，液位传感器放置在循环水储罐内，显示循环水储罐的水位。
9.所述循环水部分分为水源水箱和水泵，安装在实验部分的下方，水源水箱分为清水水箱和沉淀水箱，水泵进水口连接清水水箱，出水口连接进水水箱，水泵为实验提供动力和流量；沉淀水箱连接出水水箱，将进行过实验的水源进行沉淀过滤，将过滤之后的水输送到清水水箱中实现再利用，沉淀水箱旁边安装循环水储罐，可通过循环水储罐的水位判断沉淀水箱内的水量。
10.所述数据收集部分为触摸屏和电源开关，触摸屏与传感器部分连接，可以实时收
集并显示实验中的各项数据，学生可对实验数据进行记录和整理，还可以曲线图显示整个实验过程中的数据变化情况，所述曲线图包含体积变化曲线、压力变化曲线、循环水储罐水容量变化曲线，数据收集部分还有usb接口，除此之外，学生还可以使用触摸屏控制水泵的启动；电源开关控制本实用新型的供电。
11.所述可更换实验部件为地基模型，可根据实验要求更换，主要进行土壤及透水地基上建筑物的渗漏及稳定的实验。
附图说明
12.附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成本公开的限制，在附图中：
13.图1表示一种渗透现象发生实验装置结构示意图。
14.图2表示一种渗透现象发生实验装置实验部分结构示意图。
15.图3表示一种渗透现象发生实验装置循环水部分结构示意图。
16.图4表示一种渗透现象发生实验装置数据收集部分结构示意图。
17.图5表示一种渗透现象发生实验装置可更换实验部件结构示意图。
具体实施方式
18.如图1所示，本实用新型渗透现象发生实验装置，其整体结构为支架17构成的长方体；长方体的上方为染料桶1，用于试验时灌注有颜色的液体，便于学生观察渗流现象发生时的流体运动路径，染料桶1连接染料注射针18，染料注射针18装有调节针阀19，可调节染料进入测试介质16的流速，实验部分左侧为进水水箱9，右侧为出水水箱10，与中间实验部分连接，实验部分使用透明钢化玻璃制造，保证坚固的同时还可以突出显示染料在测试介质16中的渗流情况，便于学生观察，板桩模型2垂直放置在测试介质16中间，实验教学时可改变板桩模型2的位置做渗流现象对比实验；测试介质中垂直放置三根压力传感器柱8，用于测量测试介质16发生渗流时不同层次的压力变化，实验部分的右上角为数据收集部分，主要为电源开关5和触摸屏4组成；长方体下部为循环水部分，由清水水箱14、沉淀水箱15和水泵11以及储水罐13组成，清水水箱14提供水源，沉淀水箱15对经过测试介质16的水进行沉淀过滤，再输送到清水水箱14实现循环使用，水泵11提供动力，支架底部安装带刹车的万向轮55，可将设备任意移动和定位。
19.如图2所示，本实用新型渗透现象发生实验装置实验部分，其结构包括进水水箱9和出水水箱10以及测试介质16，实验过程中可根据测试要求更换测试介质16。所述实验部分中，均匀的垂直放置三根压力传感器柱8，每一根传感器柱8上放置了四个压力传感器50，共12个压力传感器50，当水进入到测试介质16中时，测试介质16中的压力会发生变化，压力传感器50连接到触摸屏4，触摸屏4接收到压力变化的信号后，以曲线的形式呈现出来，便于学生了解测试介质16发生渗流现象时不同位置，不同层次的压力变化。
20.如图3所示，本实用新型渗透现象发生实验装置循环水部分，其结构包括清水水箱14、沉淀水箱15、水泵11、循环水储罐13。实验过程中清水箱14连接水泵11的进水口，水泵11的出水口连接实验部分的进水水箱9，水经过测试介质16到出水水箱10，之后经过回流口61，进入储水罐13，储水罐13中可过滤掉大部分随水流入的测试介质16，之后水经过溢流口
60进入到沉淀水箱15，沉淀水箱15的上部分，连接清水水箱14，实现水循环使用。
21.如图4所示，本实用新型渗透现象发生实验装置数据收集部分，该部分为控制箱3，传感器部分与其中的触摸屏4连接，触摸屏4可以实时显示当前的实验数据，或者显示整个实验过程中的实验数据变化曲线图；如12个压力传感器50的数值以及曲线变化、液位传感器12的数值。还可通过触摸屏4控制水泵11的启动，触摸屏4程序的下载和上传通过usb传输口7，也可以通过usb传输口7连接电脑，在电脑软件上显示实验数据。
22.如图5所示，本实用新型渗透现象发生实验装置可更换实验部件，该部分为地基模型42，目的为模拟土壤及透水地基上建筑物的渗漏及稳定，管段41内置压力计。使用时将图2测试介质中的压力传感器拿出，将该实验部分放进测试介质中，开始实验，观察内置压力计示数的变化。
23.下面结合附图介绍使用，实验部分前面板为透明，可突出显示染料在测试介质16中的渗流情况；测试前，使用测试连接管，连接清水箱14、水泵11和进水水箱10，染料桶1与染料注射针18连接，染料注射针18插入到测试介质16中，测试介质16中放置压力传感器柱8，将板桩模型2垂直插入测试介质16中间位置，将测试介质16隔开；出水水箱10连接循环水储罐13和沉淀水箱15，循环水储罐13中内置液位传感器12，显示循环水储罐13的水位；测试时，打开控制箱3中的电源开关5，控制触摸屏4打开水泵开关，水泵启动，调节染料桶1的调节针阀19，使染料以合适的流速进入到测试介质16中，更加直观的显示当前流体的渗流情况；压力传感器柱8与触摸屏4连接，可通过触摸屏4显示12个压力传感器数值以及变化曲线，触摸屏4还可显示液位传感器12的数值和曲线，反应循环水储罐13中的液体容量；测试时可以上下移动板桩模型2，如桩板模型2位于测试介质16深度的二分之一、三分之一处，学生进行教学实验时可多次更改桩板模型2的位置，模拟不同环境；使用地基模型42时去掉板桩模型2，将地基模型下部分埋入测试介质16中，管段上部分暴露在空气中，重复实验时的步骤。