一种制作小型泥石流的旋转水槽试验装置的制作方法

本实用新型涉及一种用于观测泥石流运动的小型泥石流的旋转水槽实验装置，属于制作泥石流的试验装置技术领域。

背景技术：

现有技术实验室制作泥石流分为两种方法，其中一种是普通水槽试验，另外一种是旋转水槽试验。

普通水槽试验的缺点是：水槽试验通过控制中槽底坡降tanθ制作泥石流(图1)，但tanθ无法与所有固体颗粒的阻力坡降J相等，而且流动可能有固液相分离等问题，因此即使整体的平均流动速度v能保持不变，不同粒径的固体颗粒之间、固液两相之间也有可能沿程发生较大的相对运动，导致沿程的阻力、冲击力、槽底剪切力等发生变化，为进一步的理论研究带来困难。

因此，现有技术出现旋转水槽，但现有的旋转水槽如图2所示：

泥石流有占粘附槽底现象，所以必须设计滑板，滑板的作用是当粘附在槽底的泥石流随旋转水槽到达上部后，对下落的泥石流进行承接和导向，即使如此，由于真实野外的泥石流不会有这种情况，这种测试方式仍然会导致泥石流现象模拟失真；

同时，摄像头设置在旋转水槽的内部，如图2所示，摄像头的拍摄角度范围仅为槽底弧面的一段，拍摄视角较小，而且无法通过拍摄图像获得泥石流的厚度；

而且现有的这种旋转水槽直径和体积都较大(直径2.46m)，水槽及整体框架多为金属材质，结构较为笨重，而且由于滑板、框架、摄像头等结构的限制，大小很难缩减，导致装置制作麻烦、成本较高，实验精度也较难提升。

技术实现要素：

本实用新型需要解决的技术问题是：现有的制作泥石流的旋转水槽实验装置，为解决泥石流粘附槽底的问题，必须设置滑板，导致模拟失真；摄像头的拍摄角度范围仅为槽底弧面的一段，拍摄视角较小，而且无法通过拍摄图像获得泥石流的厚度；旋转水槽直径和体积大、结构笨重，而且由于滑板、框架、摄像头等结构的限制，大小很难缩减，导致装置制作麻烦、成本较高，实验精度也较难提升。

本实用新型采取以下技术方案：

一种制作小型泥石流的旋转水槽试验装置，包括光滑透明材质的旋转水槽2，所述旋转水槽2呈封闭的筒状结构，并且是由一对单向开口的筒体拼接而成的一体式结构；所述旋转水槽2的后方固定设置不透明的背景盘3，所述背景盘，传动轴7一端穿过背景盘3并与旋转水槽2的轴心固定连接，另一端与旋转动力装置6连接；所述旋转水槽2的前方固定设置摄像头1。

进一步的，所述旋转水槽2底面与侧面之间具有圆滑的圆弧过渡。

进一步的，所述摄像头1与旋转水槽2同轴设置，并且对整个旋转水槽的正面全局拍摄。

进一步的，所述旋转水槽2是高透明度的有机玻璃材质。

进一步的，所述传动轴7上设有轴承5。

进一步的，所述背景盘3与旋转水槽2同轴设置。

旋转水槽2的直径为30cm，槽宽3cm；摄像头1采用每秒25帧的摄像速度。

进一步的，所述旋转动力装置6由计算机自动调速。

本实用新型的有益效果在于：

1)整体体积可以做的很小，旋转水槽半径小，槽宽也小。

2)结构简单，制作方便，成本较低。

3)旋转水槽为透明光滑材质的一体式结构，制作出的泥石流无槽底粘接现象。

4)摄像头正面全局拍摄，拍摄视角大，可以透过拍摄头像获得泥石流的厚度。

5)模拟泥石流的试验精度较高。

附图说明

图1是现有技术中制作泥石流的普通水槽的结构示意图。

图2是现有技术中制作泥石流的旋转水槽的结构示意图。

图3是本实用新型制作小型泥石流的旋转水槽试验装置的结构示意图。

图4是泥石流运动特性示意图。

图中，1.摄像头，2.旋转水槽，3.背景盘，4.泥石流，5.轴承，6.旋转动力装置。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施对本实用新型进一步说明。

参见图3，一种制作小型泥石流的旋转水槽试验装置，包括光滑透明材质的旋转水槽2，所述旋转水槽2呈封闭的筒状结构，并且是由一对单向开口的筒体拼接而成的一体式结构；所述旋转水槽2的后方固定设置不透明的背景盘3，所述背景盘，传动轴7一端穿过背景盘3并与旋转水槽2的轴心固定连接，另一端与旋转动力装置6连接；所述旋转水槽2的前方固定设置摄像头1。

参见图3，所述旋转水槽2底面与侧面之间具有圆滑的圆弧过渡。

参见图3，所述摄像头1与旋转水槽2同轴设置，并且对整个旋转水槽的正面全局拍摄。

所述旋转水槽2是高透明度的有机玻璃材质。

参见图3，所述传动轴7上设有轴承5。

参见图3，所述背景盘3与旋转水槽2同轴设置。

旋转水槽2的直径为30cm，槽宽3cm；摄像头1采用每秒25帧的摄像速度。

所述旋转动力装置6由计算机自动调速。

参见图4，原理：旋转水槽试验通过控制旋转水槽的旋转速度制作泥石流。泥石流自动在一定区域内形成稳定循环运动；此时的阻力坡降J等于槽底坡降tanθ，可以实测。例如在图2中:θ＝θ1，其中θ1可根据摄影记录测定。在试验中，由于泥石流形状并不规则(例如有“龙头”、“龙尾”等)，而粗颗粒(砾石)所在区域相对比较规则，因此测定粗颗粒所对应的圆心角θg，以近似替代θ1的值，即以粗颗粒对应的坡降Jg近似替代J。即：J＝tanθ＝tanθ1≈tanθg＝Jg。

动作关系说明：电机驱动传动轴旋转；旋转轴上固定的旋转水槽和背景盘转动，引起槽内的泥石流物质形成稳定循环运动，参见图4；摄影机记录循环流动。在试验数据处理阶段，通过分析摄影机记录的成果，确定泥石流与竖直方向形成的夹角θg，测定阻力坡降J。

本装置整体尺寸小，水槽旋转半径小，槽宽小；水槽全部采用有机玻璃(PMMA，厚度1.5mm)，制作出的泥石流无槽底粘接现象；结构简单，制作方便，成本较低；旋转水槽为透明光滑材质的一体式结构，制作出的泥石流无槽底粘接现象，更接近野外的泥石流；摄像头正面全局拍摄，拍摄视角大，可以透过拍摄头像获得泥石流的厚度；模拟泥石流的试验精度较高。