一种可调控雨强的针头式自动模拟降雨器的制作方法

1.本发明涉及降雨器技术领域，具体为一种可调控雨强的针头式自动模拟降雨器。


背景技术：

2.近年来，人们为认识并掌握全球气象变化的规律，开展了一系列有关气象水文方面的研究，以为防治气候自然灾害、水土资源合理开发利用及水土保持工作提供一定的理论知识与技术支撑。而在研究雨水的过程中，利用天然降雨来获取所需的降雨效果有很大的难度，因次，常采用人工模拟降雨器作为研究气象水文特定降雨条件下的设施，可通过改变雨滴大小、高度、降雨密集程度，从而在短时间内完成对降雨及其对土壤、植被等的影响并开展高效探究。目前对模拟降雨的雨强、降雨密度及雨滴动能大小的要求越来越严格，而如今的降雨器种类有悬线式、喷嘴式、喷洒式、喷嘴式，这些方式的降雨通常存在降雨不均匀、雨强不精确及雨滴动能小等问题，难以满足人们对特定降雨条件的要求。
3.目前常见的喷嘴式降雨器通过喷嘴或喷孔将水喷射出来，使喷出的水在空气中分散成水滴形状后直接落入地面。而这样的模拟降雨方法常出现生成的雨滴大小不均匀，直径不相同，雨滴动能不一致等问题。
4.因此，为了解决上述问题，需研制一种能够自动控制水位高度及雨强大小，精确得出雨滴动能、雨滴终速、雨滴中数分布以及雨滴大小，在室内及野外条件下便于使用的针头式模拟降雨器，用以研究水位高度、雨滴动能与雨强大小的关系，得到最佳模拟降雨，特此，提出一种可调控雨强的针头式自动模拟降雨器。


技术实现要素：

5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种可调控雨强的针头式自动模拟降雨器，包括降雨器和供水装置：
6.所述降雨器包括集水箱，所述集水箱的外侧壁一侧偏上位置处固定连接有进水通道，所述集水箱外侧壁另一侧偏下位置处固定连接有出水通道，所述集水箱的内侧壁偏向进水通道的一侧设置有隔离板，所述集水箱的内部安装有水位自动监测传感器，所述集水箱的底部安装有雨滴发生装置，所述雨滴发生装置的底部设置有振动器，所述集水箱的下方设置有雨强自动监测器；
7.所述集水箱的顶部设置有防尘罩，所述集水箱的外侧壁上设置有矩形支架，所述矩形支架的外侧壁上安装有长支架，所述长支架的外侧壁上设置有支架高度调节器，所述矩形支架与集水箱之间设置有金属链条，所述长支架的底部设置有金属滑轮；
8.所述供水装置包括蓄水池，所述蓄水池的内部设置有蠕动泵，所述蠕动泵的输出端上固定连接有出水管。
9.本降雨器通过针头滴雨来模拟降雨过程，期间利用水位自动监测传感器及雨强自动监测器实时监测水位和雨强的变化规律，并可通过改变针型的排列方式来改变降雨密度，通过使用不同大小的针头来改变雨滴大小，通过改变降雨器支架的高度来改变雨滴下
落的高度；
10.由于天然降雨会达到80％左右的均匀度，因此人工模拟降雨要充分实现≥80％的均匀度，在降雨器工作的过程中，为了使雨滴降落时不成一条线下落，提高降雨的均匀度，特地在集水箱底部安装了一个振动器，振动器可带动集水箱做往复运动，从而使降雨均匀，而为了使集水箱能够充分地移动，在集水箱与降雨器支架连接处特地采用金属链条式链接，避免造成因振动器发生振动而使降雨器稳定性、安全性遭到破坏的情况；
11.为避免进入降雨器中的水流因扰动而使降雨不均匀，雨强发生改变，因此特地在降雨器的进水口处设计了进水空间，使水流具有缓冲区域，消除水流动能，使水流由原来的紊流变为缓流。
12.优选的，所述集水箱内靠近进水通道的一侧设置有进水空间，所述集水箱内靠近出水通道的一侧设置有出水空间。
13.由于水体中含有杂质等微小颗粒物会将针孔堵塞，而使降雨过程中雨强发生改变，而这种变化又是微小了，难以在一场或多场降雨中发现雨强的变化情况，因此，为避免该种情况发生，本产品特地在降雨器下方部位添加了可实时监测雨强的雨强自动监测器，从而在降雨过程中及时发现雨强的变化情况，并通过增加水位高度的方式调节雨强至所需要求。
14.优选的，所述出水管与进水通道之间相互固定，所述出水管与进水通道之间贯通连接。
15.为避免大气中的悬浮物杂质等进入集水箱中的水体，本研究特地在集水箱上方添加了一个同透气性强的棉质防尘罩，在有效保护水体不受大气污染的同时也保证了集水箱中压强的不发生改变，从而降低降雨过程中雨强的变化情况。
16.优选的，所述集水箱的内部安装有水柱，所述水柱由普通柱子和连接柱子组成，所述水柱与出水通道贯通连接。
17.本研究中的降雨器支架可自由伸缩，改变支架高度可改变雨滴下落的高度，使其满足不同试验条件下对雨滴高度的要求。降雨器支架设有金属滑轮，可使降雨器便于移动至野外或者室内使用，增加降雨器可适用范围性。
18.与现有技术相比，本发明提供了一种可调控雨强的针头式自动模拟降雨器，具备以下有益效果：
19.1、该可调控雨强的针头式自动模拟降雨器，本产品可通过改变针头及孔道塞子的排列方式来改变降雨的密集程度，以获得不同密度的模拟降雨。
20.2、该可调控雨强的针头式自动模拟降雨器，在人工模拟降雨过程，雨强的大小会因为种种原因而发生不同程度的改变，本产品为了全面掌握降雨过程中雨强的变化规律，特地在降雨器的下方设置了一个雨强自动监测器，使试验者能够实时监测雨强的变化情况，而当雨强变化到一定的范围之外时，试验者可通过调节集水箱中水柱的高度来改变水位高度，从而调节雨强，满足试验者需求，水位高度的变化情况将通过降雨器中的水位自动监测传感器得到，使试验者全面掌握雨强与水位高度之间的关系，并在下一次的使用过程中能够通过简单的调节水柱高度的方式来获取自已所需的雨强大小。
21.3、该可调控雨强的针头式自动模拟降雨器，本研究可通过改变针头型号来改变雨滴的大小及雨滴动能，如表一所示，通过试验对8种不同针头型号进行测试，得到每种针头
型号下单滴雨滴的体积及单位面积下的降雨动能，试验过程中每种针头的排列方式一致，均为每列001交错排列方式来排列，而增加或减少针头的数量都将会改变雨强的大小，雨强大小与针头数量的多少呈正相关；试验过程种，水位高度恒定为20cm,而增加或减少降雨器中的水位高度都将会增大或减少雨强，雨强与水位高度呈正相关。
22.4、该可调控雨强的针头式自动模拟降雨器，采用最简单的隔离板方式将进入的水体先集中置于进水空间中，再通过隔离板上的孔道缓慢地流入降雨区中，充分地消除了水体中的势能，避免因水体扰动而影响雨强。
23.5、该可调控雨强的针头式自动模拟降雨器，本研究为避免降雨器内压强的改变影响雨强，特地将集水箱制作为一个开放式的立方体，并使用一个简单的防尘罩将其笼罩，防止空气中的悬浮物进入水体，造成针孔堵塞的情况。
24.6、该可调控雨强的针头式自动模拟降雨器，为使降雨过程中雨滴降落位置不单一，特地在集水箱底部安装了一个振动器，使降雨均匀。而为了使集水箱能够充分地移动，在集水箱与降雨器支架连接处特地采用金属链条式链接，避免造成因振动器发生振动而使降雨器稳定性、安全性遭到破坏的情况。
附图说明
25.图1为本发明主体结构示意图；
26.图2为本发明主视面结构示意图；
27.图3为本发明俯视面结构示意图；
28.图4为本发明水柱结构示意图；
29.图5为本发明矩形支架及长支架结构示意图；
30.图6为本发明试验针头排列方式示意图。
31.其中：1、降雨器；2、进水通道；3、出水通道；4、进水空间；5、隔离板；6、出水空间；7、水位自动监测传感器；8、水柱；8-1、普通柱子；8-2、连接柱子；9、防尘罩；10、雨滴发生装置；11、振动器；12、雨强自动监测器；13、长支架；14、金属链条；15、金属滑轮；16、矩形支架；17、蠕动泵；18、蓄水池；19、出水管；20、供水装置；21、支架高度调节器。
具体实施方式
32.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
33.请参阅图1-5。
34.实施例一
35.本实施例为一种可调控雨强的针头式自动模拟降雨器的具体实施方式。
36.一种可调控雨强的针头式自动模拟降雨器，包括降雨器1和供水装置20：
37.降雨器1包括集水箱，集水箱的外侧壁一侧偏上位置处固定连接有进水通道2，集水箱外侧壁另一侧偏下位置处固定连接有出水通道3，集水箱的内侧壁偏向进水通道2的一侧设置有隔离板5，集水箱的内部安装有水位自动监测传感器7，集水箱的底部安装有雨滴
发生装置10，雨滴发生装置10的底部设置有振动器11，集水箱的下方设置有雨强自动监测器12；
38.集水箱的顶部设置有防尘罩9，集水箱的外侧壁上设置有矩形支架16，矩形支架16的外侧壁上安装有长支架13，长支架13的外侧壁上设置有支架高度调节器21，矩形支架16与集水箱之间设置有金属链条14，长支架13的底部设置有金属滑轮15；
39.供水装置20包括蓄水池18，蓄水池18的内部设置有蠕动泵17，蠕动泵17的输出端上固定连接有出水管19。
40.通过上述技术方案，集水箱为一个顶部开放的立方体，这样可避免密封使箱体内部压强发生变化而影响雨强，为了防止大气中的灰尘及悬浮物进入箱体内堵塞针头，特意在集水箱顶部放置一块防尘罩9，防尘罩由一块大小适中的纯棉布制成；
41.水位自动监测传感器7可在降雨器工作室实时监测水位高度，并通过传感器上的屏幕随时读取水位高度数据；
42.集水箱底部面有排列密集且均匀的雨滴发生装置10，雨滴发生装置10是由多个金属小孔道组成，金属小孔道可用于连接不同规格大小注射器针头及孔道堵塞器，可通过改变注射器针头及孔道堵塞器的排列分布情况改变雨强大小及雨型，并使雨强、雨滴大小及降雨密度符合要求，注射器针头内径在0.21-0.65mm之间，共8种类型；
43.集水箱底部安装有一个振动器11，放置于底部的正中部位置，振动器11是由电机驱动的偏心轮，是针头以半径小于4cm的往复运动移动，从而非常有效地模拟降雨；
44.降雨器1下方放置一个雨强自动监测器12，雨强自动监测器12可通过蓝牙连接，再将信号传送到手机及电脑上，从而实时观测降雨中雨强的变化情况；
45.降雨器1支架由4根不锈钢材的长支架13及两个不锈钢材质的矩形支架16所组成，长支架通过上面的两个卡箍与矩形支架牢牢固定，而矩形支架16则通过金属链条14与集水箱连接，以确保降雨器在工作过程中受振动器影响而发生振动；
46.长支架13可通过支架高度调节器21来调节支架的高度，以便于增大或减小雨滴降落高度，长支架13底部安装有一个金属滑轮15，便于降雨器1的移动；当降雨器1移动至某一个地方时，可通过金属滑轮15上的金属卡箍将滑轮固定，使降雨器1稳定地放置于某处；
47.出水管19连接进水通道2的部分，通过连接蠕动泵17从蓄水池18中进行脉冲式、恒定流量的出水至降雨器1中，以确保供水充足，蠕动泵17选用wt600s型蠕动泵，在蠕动泵17吸入水体的一面用棉质纱布包裹，充当滤纸作用，用以过滤水体中大部分的泥沙杂质，提升水质，大大降低因水质差而引起针头堵塞的问题，为降雨器1源源不断地提供干净的水质。
48.具体的，集水箱内靠近进水通道2的一侧设置有进水空间4，集水箱内靠近出水通道3的一侧设置有出水空间6。
49.通过上述技术方案，集水箱左边部分有一部分区域由一面隔离板5所隔开，隔离板5上均匀分布有大小相同的小孔道，构成进水空间4，水从进水通道2进入降雨器1后，先是流入进水空间4，然后水体再从进水空间4通过孔道缓慢流入集水箱内，这样可使流入的水流由湍流变为缓流，降低集水箱内部的水体的扰动情况。
50.具体的，出水管19与进水通道2之间相互固定，出水管19与进水通道2之间贯通连接。
51.具体的，集水箱的内部安装有水柱8，水柱8由普通柱子8-1和连接柱子8-2组成，水
柱8与出水通道3贯通连接。
52.通过上述技术方案，出水通道3与集水箱内三根自由伸缩的水柱8连接，用以排除多余的水，水柱8可调节水箱内水位高度，而雨强大小一般随着水位高度的增大而增大，水柱8组成分别由普通柱子8-1及连接柱子8-2组成，连接柱子8-2在连接普通柱子8-1后可自由伸缩其高度，水柱8高度的调节范围为10—40cm，当多余的水通过三根水柱8流出后，先全部流入到出水空间6，最后再从出水通道3处集中排放。
53.实施例二
54.本实施例为一种可调控雨强的针头式自动模拟降雨器的降雨器1的具体实施方式。
55.一种可调控雨强的针头式自动模拟降雨器的降雨器1，包括集水箱，集水箱的外侧壁一侧偏上位置处固定连接有进水通道2，集水箱外侧壁另一侧偏下位置处固定连接有出水通道3，集水箱的内侧壁偏向进水通道2的一侧设置有隔离板5，集水箱的内部安装有水位自动监测传感器7，集水箱的底部安装有雨滴发生装置10，雨滴发生装置10的底部设置有振动器11，集水箱的下方设置有雨强自动监测器12。
56.通过上述技术方案，集水箱底部面有排列密集且均匀的雨滴发生装置10，雨滴发生装置10是由多个金属小孔道组成，金属小孔道可用于连接不同规格大小注射器针头及孔道堵塞器，可通过改变注射器针头及孔道堵塞器的排列分布情况改变雨强大小及雨型，并使雨强、雨滴大小及降雨密度符合要求，注射器针头内径在0.21-0.65mm之间，共8种类型，参数如下表所示：
57.表一：8种针头类型在相同阵型排列方式及水位高度下的各参数
[0058][0059]
实施例三
[0060]
本实施例为一种可调控雨强的针头式自动模拟降雨器的供水装置20的具体实施方式。
[0061]
一种可调控雨强的针头式自动模拟降雨器的供水装置20，包括蓄水池18，蓄水池18的内部设置有蠕动泵17，蠕动泵17的输出端上固定连接有出水管19。
[0062]
通过上述技术方案，降雨器1支架由4根不锈钢材的长支架13及两个不锈钢材质的矩形支架16所组成，长支架通过上面的两个卡箍与矩形支架牢牢固定，而矩形支架16则通过金属链条14与集水箱连接，以确保降雨器在工作过程中受振动器影响而发生振动；
[0063]
长支架13可通过支架高度调节器21来调节支架的高度，以便于增大或减小雨滴降落高度，长支架13底部安装有一个金属滑轮15，便于降雨器1的移动；当降雨器1移动至某一个地方时，可通过金属滑轮15上的金属卡箍将滑轮固定，使降雨器1稳定地放置于某处。
[0064]
在使用时，通过连接蠕动泵17从蓄水池18中进行脉冲式、恒定流量的出水至降雨器1中，通过雨滴发生装置10排出，即可。
[0065]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。