城市降水點模擬裝置及模擬方法與流程

2023-05-19 13:47:41 1

本發明涉及智能設備技術領域，具體涉及一種城市降水點模擬裝置及模擬方法。

背景技術：

隨著科技的不斷發展，針對城市化帶來的城市排水性能下降後果，對城市雨洪設計的方法研究不斷向前推進。最初的推理公式法，被運用於我國傳統城市雨洪設計中。該方法利用最大設計暴雨強度來設計雨水管道。最新的xp-swmm軟體設計方法，通過一維和二維模擬功能為城市排水系統的模擬機設計提供數據支持。但是，上述形式均不能直觀反映漬澇區的實際下雨情況，使得城市漬澇研究的準確性減低。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種城市降水點模擬裝置及模擬方法，該裝置及方法能模擬下雨情況，為研究與治理漬澇提供了方便的實驗環境。

為解決上述技術問題，本發明所設計的城市降水點模擬裝置，其特徵在於，它包括框架、設置在框架底部的水槽、設置在框架頂部的模擬下雨管路、設置在框架上的水泵和控制器以及中心控制板，其中，所述模擬下雨管路包括豎嚮導管、縱向主管和多個橫向支管，縱向主管和多個橫向支管位於同一水平面內，每個橫向支管的一端分別連通縱向主管上對應的支管連接口，每個橫向支管的另一端均設有堵頭，縱向主管的一端通過豎嚮導管連接水泵的輸出端，縱向主管的另一端設有堵頭，所述每個橫向支管的一端均設有電控閥門，每個橫向支管上設有多個噴水口，所述水泵的輸入端設置在水槽內，所述豎嚮導管內設有水流速傳感器，每個橫向支管均與縱向主管垂直，相鄰兩個橫向支管之間的距離相等；

所述中心控制板的控制指令通信端連接控制器的控制指令通信端，所述控制器的各個電控閥門控制信號輸出端連接對應電控閥門的控制信號輸入端，控制器的水流速信號輸入端連接水流速傳感器的信號輸出端，控制器的水泵控制信號輸出端連接水泵的控制信號輸入端。

一種利用上述設備的城市降水點模擬方法，其特徵在於，它包括如下步驟：

步驟1：向控制器中儲存各個雨量等級與豎嚮導管內水流速的對應關係表，根據實驗需要，中心控制板向控制器發出指定雨量等級和指定雨量範圍控制指令，控制器控制水泵將水槽中的水抽到豎嚮導管中，豎嚮導管中的水流速傳感器實時感應豎嚮導管內的水流速信息，並將水流速信息反饋給控制器，控制器根據儲存各個雨量等級與豎嚮導管內水流速的對應關係通過調節水泵的抽水速率，實現指定雨量等級的閉環控制；

同時，控制器根據接收到的指定雨量範圍控制指令控制對應的電控閥門開啟，開啟的電控閥門對應的橫向支管的噴水口噴出對應雨量等級的水；

步驟2：控制器將實時的指定雨量等級和指定雨量範圍信息傳輸給雲端伺服器；

步驟3：噴水口噴出的水，滴回到水槽中，實現水的循環利用。

本發明通過中心控制板實行人機互動與控制，方便實驗人員對模擬降雨因素進行更改，方便進行對城市漬水現象的進一步實驗。本發明能直觀反映漬澇區的實際下雨情況，使得城市漬澇研究的準確性得到提高。

附圖說明

圖1為本發明的結構示意圖；

圖2為本發明中電控部分的原理框圖；

圖3為本發明中縱向主管和多個橫向支管部分的仰視圖。

其中，1—框架、2—水槽、3—模擬下雨管路、3.1—縱向主管、3.2—橫向支管、3.3—豎嚮導管、3.4—噴水口、3.5—堵頭、4—水流速傳感器、5—水泵、6—控制器、7—中心控制板、8—電控閥門、9—風扇、10—雲端伺服器、11—擋風板。

具體實施方式

以下結合附圖和具體實施例對本發明作進一步的詳細說明：

一種城市降水點模擬裝置，如圖1～3所示，它包括框架1、設置在框架1底部的水槽2、設置在框架1頂部的模擬下雨管路3、設置在框架1上的水泵5和控制器6以及中心控制板7，其中，所述模擬下雨管路3包括豎嚮導管3.3、縱向主管3.1和多個橫向支管3.2(本實施例設有6個橫向支管3.2)，縱向主管3.1和多個橫向支管3.2位於同一水平面內，每個橫向支管3.2的一端分別連通縱向主管3.1上對應的支管連接口，每個橫向支管3.2的另一端均設有堵頭3.5，縱向主管3.1的一端通過豎嚮導管3.3連接水泵5的輸出端，縱向主管3.1的另一端設有堵頭3.5，所述每個橫向支管3.2的一端均設有電控閥門8，每個橫向支管3.2上設有多個噴水口3.4(本實施例中每個橫向支管3.2上並排設有6個噴水口3.4)，所述水泵5的輸入端設置在水槽2內，所述豎嚮導管3.3內設有水流速傳感器4，每個橫向支管3.2均與縱向主管3.1垂直，相鄰兩個橫向支管3.2之間的距離相等；

所述中心控制板7的控制指令通信端連接控制器6的控制指令通信端，所述控制器6的各個電控閥門控制信號輸出端連接對應電控閥門8的控制信號輸入端，控制器6的水流速信號輸入端連接水流速傳感器4的信號輸出端，控制器6的水泵控制信號輸出端連接水泵5的控制信號輸入端。中心控制板7用於向控制器6發出各種控制指令，實現人機互動。

上述技術方案中，所述框架1頂部的前後左右四個側面均設有擋風板11。左側的擋風板11和右側的擋風板11上分別設有風扇9，所述控制器6的兩個風扇控制信號輸出端連接對應風扇9的控制信號輸入端，所述風扇9的出風口面向所述噴水口3.4。所述擋風板11能避免實驗室環境內側風對降雨模擬的影響。

上述技術方案中，每個橫向支管3.2的噴水口3.4均朝下。每個噴水口3.4的直徑均為0.01cm，反覆驗證表明0.01cm的噴水口3.4直徑能完全模擬出降雨的效果，另外，噴水口3.4朝下能模擬降雨的自然下落過程。

本發明還包括雲端伺服器10，所述控制器6的遠程數據通信端與雲端伺服器10的通信端之間無線通信連接。雲端伺服器10用於保存上述模擬數據，方便遠端工作人員查詢。

上述技術方案中，所述控制器6為可編程邏輯控制器(plc，programmablelogiccontroller)。

上述技術方案中，風扇9用於控制模擬降雨時的風力條件，電控閥門8的開閉用於控制模擬降雨時的降雨範圍。

一種利用上述設備的城市降水點模擬方法，它包括如下步驟：

步驟1：向控制器6中儲存各個雨量等級與豎嚮導管3.3內水流速的對應關係表，根據實驗需要，中心控制板7向控制器6發出指定雨量等級和指定雨量範圍控制指令，控制器6控制水泵5將水槽2中的水抽到豎嚮導管3.3中，豎嚮導管3.3中的水流速傳感器4實時感應豎嚮導管3.3內的水流速信息，並將水流速信息反饋給控制器6，控制器根據儲存各個雨量等級與豎嚮導管3.3內水流速的對應關係通過調節水泵的抽水速率，實現指定雨量等級的閉環控制；

同時，控制器6根據接收到的指定雨量範圍控制指令控制對應的電控閥門8開啟，開啟的電控閥門8對應的橫向支管3.2的噴水口3.4噴出對應雨量等級的水；

步驟2：控制器6將實時的指定雨量等級和指定雨量範圍信息傳輸給雲端伺服器10；

步驟3：噴水口3.4噴出的水，滴回到水槽2中，實現水的循環利用。

上述技術方案的步驟1中，根據實驗需要，中心控制板7還向控制器6發出指定風速等級及風向控制指令，控制器6根據指定風速等級及風向控制指令控制開啟對應的風扇9並控制開啟風扇9的功率，實現指定風速等級及風向的模擬。

上述技術方案的步驟2中，控制器6將實時的指定風速等級及風向信息傳輸給雲端伺服器10。

本說明書未作詳細描述的內容屬於本領域專業技術人員公知的現有技術。