CN100410139C - 水下运载器试验用的海洋温跃层模拟系统 - Google Patents

Abstract

水下运载器试验用的海洋温跃层模拟系统，属于船舶海洋工程领域。包括：水槽，水箱，控制或显示单元，热水循环泵，电控热水泵，电控冷水泵，温度显示器，第一热电偶，流量计，变频控制器，数据采集单元，电加热器，第一截止阀，冷却塔，第二截止阀，溢流管，第二热电偶，第三截止阀。本发明利用循环的冷热水，在狭长水槽内模拟海洋温跃层的流动和温度分布情况，为以海洋温差能为驱动能源的水下运载器的运行进行模拟试验和研究提供了方便，水槽的正面和背面均由透明玻璃制作，为观察分析带来直观的方便，系统中的数据采集单元为试验数据的采集和分析创造了有利条件，在科学研究和国防工业中具有重大实用价值。

Description

水下运载器试验用的海洋温跃层模拟系统

技术领域

本发明涉及一种水下运载器试验系统，特别是一种水下运载器试验用的海洋温跃层模拟系统，属于船舶海洋工程技术领域。

背景技术

由于太阳的辐射和大气的直接影响，海洋中的上层海水温度较高，对流旺盛，水温也比较一致，称为上均匀层。在很多海区，上均匀层以下的海水温度发生急剧下降，形成温度跃层。温度跃层及其附近包含的海洋温差热能，可以用来作为水下运载器的推进驱动力。目前，已有利用海洋温差热能驱动的水下运载器成功的试验。为了进行真实的研究和试验，往往要到大洋中进行实地的海试，增加了科学研究的难度和经费消耗。为此，应人工模拟海洋温跃层的流动和温度分布情况，以便在实验室内方便地进行试验、分析和研究。在目前已有技术中，并没有类似试验系统的先例，为系统的科学研究工作带来了众多困难和阻力。

发明内容

为了弥补现有技术的缺陷和空白，本发明提供一种水下运载器试验用的海洋温跃层模拟系统。该系统不但能够在人为的控制下真实模拟海洋中存在的温度跃层的温度分布情况，而且可以连续改变试验系统中水流的速度，使试验运载器可以在不同海流的环境下进行试验和研究。试验系统中的水流循环使用，节约了大量的水资源。试验系统的主体是长方体形的水槽，它的正面和背面由透明玻璃制作，为观察分析带来直观的方便。试验系统还包括了数据采集单元，为试验数据的采集和分析创造了有利条件。

本发明是通过下述技术方案实现的。本发明包括：水槽，水箱，控制或显示单元，热水循环泵，电控热水泵，电控冷水泵，温度显示器，第一热电偶，流量计，变频控制器，数据采集单元，电加热器，第一截止阀，冷却塔，第二截止阀，溢流管，第二热电偶，第三截止阀。

水槽是一个狭长的长方体，安置在水泥基座上。其正面和背面两个壁面均由透明玻璃板制作，水槽的两端是进水口和出水口。进水口和出水口分别沿高度方向由隔板等分成六个流通格，上面三个流通格用于通过温水，下面三个流通格用于通过冷水。第二热电偶安装在进水口上部温水进口处，第一热电偶安装在进水口下部冷水进口处。八个温度显示器沿水槽高度方向均匀布置在水槽中部正面玻璃板的外表面上，分别显示水槽高度方向八个深度的水温。

水箱置于水槽的上方，控制或显示单元安装在墙壁上，变频控制器、数据采集单元放置在试验桌上，冷却塔置于室外，电加热器置放在水箱内，溢流管安装在水箱的顶部，自来水源通过第三截止阀与水箱顶部相通，水槽出水口上部三个流通格通过热水循环泵与水箱顶部的进水口相连，水箱底部的出水口通过流量计、电控热水泵与水槽进水口上部三个流通格相通。水槽出水口下部三个流通格通过冷却塔、电控冷水泵、第一截止阀与水槽进水口下部三个流通格相通。自来水源通过第二截止阀与电控冷水泵的进口相连，作为万一冷却塔故障时的紧急冷水来源。

第一热电偶、第二热电偶、流量计和数据采集单元的输出端分别与控制或显示单元的输入端电连接，热水循环泵、电控热水泵、电控冷水泵的控制端分别与变频控制器的输出端电连接，变频控制器和电加热器的控制端分别与控制或显示单元的输出端电连接。

在实验之前，水槽和水箱内充满自来水，实验开始后，水箱中的电加热器在控制或显示单元的控制下对水加热。加热后的水流出水箱，经流量计进入电控热水泵，被泵入水槽进水口的上方流通格，进入水槽流向出水口。流量计将流量信号输送到控制或显示单元，控制或显示单元发出信号到变频控制器，由变频控制器发出变频信号，以控制热水循环泵、电控热水泵和电控冷水泵的转速，使水槽中热水和冷水的流量和流速达到试验的要求。通过调节第三截止阀来弥补系统水源的不足。

水槽出水口下部三个流通格流出的水，由管道首先进入冷却塔，在冷却塔喷淋过程中充分散热，保证温度达到常温，再经管道进入电控冷水泵。在变频控制器的控制下，以要求的流量，经第一截止阀再次经水槽进水口下部的三个流通格按要求的流速流过水槽，通往出水口处。

由于冷热水流分别在水槽的上下两层流动，形成了近似海洋温跃层的流动和温度分布环境。

在试验过程中，控制或显示单元不断采集来自流量计、第一热电偶、第二热电偶发出的信号，不断控制电加热器、变频控制器的动作，使水槽中的温水达到要求的温度，使温水和冷水按要求的流速流过水槽，当水下运载器试样置于水中运行试验时，只要水下运载器试样本身的运动速度等同于或接近于水流速度，由于相对运动的结果，水下运载器试样将在水中保持近乎静止的运动状态。水槽中的水流速度最低为100mm/min，水下运载器试样也能按100mm/min的最低速度运行而保持试验的正常进行。

本发明的有益效果：本发明可以在人为的控制下，真实模拟海洋温跃层的温度分布情况，可以连续改变试验系统中水流的速度，使试验运载器可以在不同海流的环境下进行试验和研究。试验系统中的水流循环使用，节约了大量的水资源。试验系统的水槽的正面和背面均由透明玻璃制作，为观察分析带来直观的方便。试验系统还包括了数据采集单元，为试验数据的采集和分析创造了有利条件。本发明为以海洋温差能为驱动能源的水下运载器的试验创造了有利、方便条件，在科学研究和国防工业中具有重大实用价值。

附图说明

图1是本发明海洋温跃层模拟系统的示意图。

图中，1水槽，2水箱，3控制或显示单元，4热水循环泵，5电控热水泵，6电控冷水泵，7温度显示器，8第一热电偶，9流量计，10变频控制器，11数据采集单元，12电加热器，13第一截止阀，14冷却塔，15第二截止阀，16溢流管，17第二热电偶，18第三截止阀。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施作进一步描述。

如图1所示，本发明包括：水槽1，水箱2，控制或显示单元3，热水循环泵4，电控热水泵5，电控冷水泵6，温度显示器7，第一热电偶8，流量计9，变频控制器10，数据采集单元11，电加热器12，第一截止阀13，冷却塔14，第二截止阀15，溢流管16，第二热电偶17，第三截止阀18。

水槽1是一个狭长的长方体，长8000mm、宽600mm、高1400mm，水槽1安置在水泥基座上，其正面和背面两个壁面均由透明玻璃板制作，水槽1的两端是进水口和出水口。进水口和出水口分别沿高度方向由隔板等分成六个流通格，上面三个流通格用于通过温水，下面三个流通格用于通过冷水。第二热电偶17安装在进水口上部温水进口处，第一热电偶8安装在进水口下部冷水进口处。八个温度显示器7沿水槽1高度方向均匀布置在水槽1中部正面玻璃板的外表面上，分别显示水槽1沿高度方向八个深度的水温。

水箱2置于水槽1的上方，控制或显示单元3安装在墙壁上，变频控制器10、数据采集单元11放置在试验桌上，冷却塔14置于室外，电加热器12置放在水箱2内，溢流管16安装在水箱2的顶部，自来水源通过第三截止阀18与水箱2顶部相通，水槽1出水口上部三个流通格通过热水循环泵4与水箱2顶部的进水口相连，水箱2底部的出水口通过流量计9、电控热水泵5与水槽1进水口上部三个流通格相通。水槽1出水口下部三个流通格通过冷却塔14、电控冷水泵6、第一截止阀13与水槽1进水口下部三个流通格相通。自来水源通过第二截止阀15与电控冷水泵6的进口相连，作为万一冷却塔14故障时的紧急冷水来源。

第一热电偶8、第二热电偶17、流量计9和数据采集单元11的输出端分别与控制或显示单元3的输入端电连接，热水循环泵4、电控热水泵5和电控冷水泵6的控制端分别与变频控制器10的输出端电连接，变频控制器10和电加热器12的控制端分别与控制或显示单元3的输出端电连接。

在实验之前，水槽1和水箱2内充满自来水，实验开始后，水箱2中的电加热器12在控制或显示单元3的控制下对水加热。加热后的水流出水箱2，经流量计9进入电控热水泵5，被泵入水槽1进水口上方三个流通格，进入水槽1流向出水口。流量计9将流量信号输送到控制或显示单元3，控制或显示单元3发出信号到变频控制器10，由变频控制器10发出变频信号，以控制热水循环泵4、电控热水泵5和电控冷水泵6的转速，使水槽1中热水和冷水的流量和流速达到试验的要求。通过调节第三截止阀13来弥补系统水源的不足。

水槽1出水口下部三个流通格流出的水，由管道首先进入冷却塔14，在冷却塔14喷淋过程中充分散热，保证温度达到常温，再经管道进入电控冷水泵6。在变频控制器10的控制下，以要求的流量，经第一截止阀13再次经水槽进水口下部的三个流通格按要求的流速流过水槽1，通往出水口处。

由于冷热水流分别在水槽的上下两层流动，形成了近似海洋温跃层的流动和温度分布环境。

在试验过程中，控制或显示单元3不断采集来自流量计9、第一热电偶8、第二热电偶17发出的信号，不断控制电加热器12、变频控制器10的动作，使水槽1中的温水达到要求的温度，使温水和冷水按要求的流速流过水槽1，当水下运载器试样置于水中运行试验时，只要水下运载器试样本身的运动速度等同于或接近于水流速度，由于相对运动的结果，水下运载器试样将在水中保持近乎静止的运动状态，水槽1中的水流速度最低为100mm/min，水下运载器试样也能按100mm/min的最低速度运行而保持试验的正常进行。

Claims (2)

1. 一种水下运载器试验用的海洋温跃层模拟系统，包括：水槽(1)，水箱(2)，控制或显示单元(3)，热水循环泵(4)，电控热水泵(5)，电控冷水泵(6)，温度显示器(7)，第一热电偶(8)，流量计(9)，变频控制器(10)，数据采集单元(11)，电加热器(12)，第一截止阀(13)，冷却塔(14)，第二截止阀(15)，溢流管(16)，第二热电偶(17)，第三截止阀(18)，其特征在于：水槽(1)安置在水泥基座上，水槽(1)的两端是进水口和出水口；进水口和出水口沿高度方向由隔板等分成六个流通格，上面三个流通格用于通过温水，下面三个流通格用于通过冷水；第二热电偶(17)安装在进水口上部温水进口处，第一热电偶(8)安装在进水口下部冷水进口处；八个温度显示器(7)沿水槽(1)高度方向均匀布置在水槽(1)中部正面玻璃板的外表面上，水箱(2)置于水槽(1)的上方，控制或显示单元(3)安装在墙壁上，变频控制器(10)、数据采集单元(11)放置在试验桌上，冷却塔(14)置于室外，电加热器(12)置放在水箱(2)内，溢流管(16)安装在水箱(2)的顶部，自来水源通过第三截止阀(18)与水箱(2)顶部相通，水槽(1)出水口上部三个流通格通过热水循环泵(4)与水箱(2)顶部的进水口相连，水箱(2)底部的出水口通过流量计(9)、电控热水泵(5)与水槽(1)进水口上部三个流通格相通；水槽(1)出水口下部三个流通格通过冷却塔(14)、电控冷水泵(6)、第一截止阀(13)与水槽(1)进水口下部三个流通格相通；自来水源通过第二截止阀(15)与电控冷水泵(6)的进口相连，第一热电偶(8)、第二热电偶(17)、流量计(9)和数据采集单元(11)的输出端分别与控制或显示单元(3)的输入端电连接，热水循环泵(4)、电控热水泵(5)和电控冷水泵(6)的控制端分别与变频控制器(10)的输出端电连接，变频控制器(10)和电加热器(12)的控制端分别与控制或显示单元(3)的输出端电连接。

2. 根据权利要求1所述的水下运载器试验用的海洋温跃层模拟系统，其特征是所述的水槽(1)是一个狭长的长方体，长8000mm、宽600mm、高1400mm，其正面和背面两个壁面均由透明玻璃板制作。