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词条 人工模拟降雨器
释义

简介

人工模拟降雨系统设备是专门为科研实验研制开发的一种喷射型模拟仿真自然降雨设备。该系统设备在充分吸纳借鉴当前国内外同类设备先进工艺基础上,结合现代新技术的发展趋势,大胆进行了技术创新。用目前世界上最为先进的垂直下喷式喷头模拟自然降雨;控制系统采用先进的闭环自动控制技术,配备以高灵敏雨量计和多参量数据采集器,以终端实际降雨参数调节控制整个降雨过程,并可实时在线显示模拟降雨的动态变化及曲线。这样既对模拟降雨现场测量结果有直接参考意义,又便于很快调节雨强至实验要求值(如无此功能,降雨前的降雨率定调节很费精力和时间),还有效克服了从水源到喷头各个环节的损耗和阻力造成的误差,经过多次率定试验,所模拟雨滴粒径、降雨动能与天然降雨十分接近。整个模拟降雨系统涉及机电一体化、给排水管道施工、自动化控制、软件开发等不同专业,同时需要大量的零部件试验、调试、安装搭接才能达到实验性能要求。该系统设备适用于室内外需要人工模拟降雨并且控制降雨雨强和降雨时间的各种实验场合。目前已建成的规模较大的人工模拟降雨系统安装点有长安大学水力学实验室、山东农业大学、水力学与山区河流开发保护国家重点实验室(四川大学)、贵州省水土保持监测站、青岛莱西人工模拟降雨实验厅以及中科院水利部水土保持研究所降雨厅、北京林业大学、中国水利水电科学研究院等高校及科研单位。

原理

为了使模拟降雨与自然降雨的物理性能最大相似,经过多年的考察调研实验,该降雨系统设备选用垂直旋转下喷式喷头模拟降雨。此款喷头共分为1#、2#、3#、4#四种规格,不同规格喷头喷射特性如下:

1#喷头(单一,不互相叠加)2#喷头(单一,不互相叠加)

降雨半径:2.0—2.5米 降雨半径:2.6—3.0米

喷头工作压力:0.15-0.25mpa 喷头工作压力:0.16-0.27mpa

流量:143-192升/小时 流量:173-255升/小时

3#喷头(单一,不互相叠加4#喷头(单一,不互相叠加)

降雨半径:3.0—3.5米 降雨半径:3.6—4.0米

喷头工作压力:0.15-0.25mpa 喷头工作压力:0.15-0.25mpa

流量:226-305升/小时 流量:312-539升/小时

在实验过程中,为了模拟雨强变化范围宽、仿真程度高的自然雨,

下喷式喷头的布置方式一般由四种规格的喷头围成150mm×150mm正方形(如上图),组成一个喷头组。四个喷头组空间上4重重合叠加,形成一个雨强均匀的降雨区。喷头叠加原理曲线如右图:

在具体实验中,四个喷头组成的喷头组所模拟的实际雨强为15—220mm/h。因喷头的特性限制,不仅不能模拟10-15 mm/h的小雨强降雨,而且非常浪费水电资源。为此,专门设计了由三个喷头组成的等边三角形喷头组,如下图:

侧喷式模拟喷头是一种由不同规格的挡水板组成的人工模拟降雨喷头,其通过先向上喷射雨滴然后再自由落体的方式模拟自然降雨。

相对于垂直下喷式模拟降雨喷头,侧喷式喷头所模拟的降雨雨强比较大,雨滴也较大,雨强变化范围20-300mm/h,降雨均匀度大于0.70,适合于做大雨滴的溅蚀实验。侧喷式模拟降雨喷头一般采取由两侧向中间对喷的布设形式模拟降雨。

人工模拟降雨控制系统采用闭环控制法,即就是在降雨区所布设的雨量计可以实时监测降雨强度的大小,并将数据传输至控制台,与设定的雨强值进行逼近式对比分析,再通过自动调节流量调节阀、调压阀等组件,改变供水水压及流量,从而更方便准确地模拟不同雨强的自然降雨。这种变步长无限逼近设定值的控制方法,既可排除系统率定误差、管路、喷头偶然因素对降雨影响,又可很好的消除水滞后惯性波动,使雨强调控更平稳、快速。

人工模拟降雨系统设备在降雨区顶部布设有许多模拟喷头供水管路。模拟降雨前后,当供水管路内的水压未达到喷头起喷压力时,会形成较大水滴落下,破坏地面实验模型;降雨停止水泵关闭时,也会形成无效降雨。为此需要在模拟降雨下喷区加装自动遮雨槽系统,收集降雨前后管路低压滴水。该系统采用万向连结传动,带动遮雨槽在遮雨位(喷头下方)与降雨位(喷头外侧方)平行滑动,自动控制收集无效雨。遮雨槽启闭时间小于3秒,漏雨率小于3%。

为保证整个降雨区中每个喷头处的管路供水流量最大可能一致,整个喷头给水系统采取管路流量均衡供水(几何中心供水)办法,即1个一级分水为左右两半部分,2个二级分水再通过分区电动开关阀/流量传感器,注入左右两部分的喷头供水管路中,且所配备的电动开关阀/流量传感器均可以独自工作也可以组合工作,用以满足单个小区或多个小区的组合降雨需要。降雨区供水管路系统在下喷空间区统一布设喷头,这样每个区均可在不同降雨状态下同时独立降雨、互不影响,又可以无暇缝的联动组合进行大面积模拟降雨(降雨系统分区可按降雨面积及用户要求来确定)。

人工模拟降雨系统供水管道所选用的是外镀锌镍合金给水钢塑管,它是以国标焊管(GB/T3091-2001)为基材,经抛光处理,外镀锌镍合金内涂环氧树脂而成,是在给水内涂塑复合钢管的基础上发展起来的一种新型给水管。用锌镍合金镀层取代热镀锌层,及解决了水的二次污染问题,又使外防腐层的耐蚀性成倍提高,从而大幅度提高了给水管的整体使用寿命,既降低了成本,还提高了表面的装饰性。管道连接方式为:¢50(含50)以下为丝接,¢50以上为卡箍连接,这样更方便以后检修。

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更新时间:2025/2/25 1:52:00