CN108534761B - 一种三维流体流速模拟方法及装置 - Google Patents

一种三维流体流速模拟方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种三维流体流速模拟方法及装置，其特征是：控制直线电机动子在与水平面呈一倾角的平面中作呈倾斜的直线运动，获得呈倾斜的直线运动轨迹，使直线电机动子的运动速度能够分解为水平速度和竖直速度，固定设置在直线电机动子上的海流流速探测器随着直线电机动子的直线运动获得相应的水平速度和竖直速度，运动中的海流流速探测器浸没在被测液的液面以下，以此模拟海流的水平流和上升流。本发明将直线电机设置为呈倾斜的直线运动，使海流流速探测器在被测液中能够同时获得相应的水平速度和竖直速度，实现了实验环境下对于海洋的水平流和上升流的模拟测试。

Description

一种三维流体流速模拟方法及装置
技术领域
本发明涉及海洋流速测量和流速模拟设备。
背景技术
海洋流速是海水监测的一个重要指标，海洋既有水平流也有垂直运动的上升流和下降流。上升流虽然流速很小，却是一种很重要的现象。深水区大量的海水营养盐随上升流带到表层，为渔业养殖提供丰富的饵料；上升流带来的冷水可较好地冷却核电站机组产生的热量。水平流和上升流流速相差很大，如何在实验环境下同时模拟出海洋的水平流和上升流成为一个研究热点。
目前，如何在实验条件下同时模拟速度差异较大的水平流和上升流还没有一个很好的方案，现有技术中的模拟海流装置只是偏向其中一个流速。
发明内容
本发明是为避免上述现有技术所存在的不足，提供一种三维流体流速模拟方法及平台，以期实现在实验环境下同时模拟出海洋的水平流和上升流。
本发明为解决技术问题采用如下技术方案：
本发明三维流体流速模拟方法的特点是：控制直线电机动子在与水平面呈一倾角的平面中作呈倾斜的直线运动，获得呈倾斜的直线运动轨迹，使所述直线电机动子的运动速度能够分解为水平速度和竖直速度，固定设置在所述直线电机动子上的海流流速探测器随着直线电机动子的直线运动获得相应的水平速度和竖直速度，运动中的海流流速探测器浸没在被测液的液面以下，以此模拟海流的水平流和上升流。
本发明三维流体流速模拟装置的特点是：在与水平面呈一倾角的直线电机支撑板上固定设置直线电机导轨，使所述直线电机导轨形成为与水平面呈一倾角的倾斜导轨，直线电机动子沿所述倾斜导轨作直线运动；与所述直线电机动子固联有海流流速探测器，并且，所述海流流速探测器浸没在被测液的液面以下，使浸没在被测液中的海流流速探测器随直线电机动子作直线运动，以所述海流流速探测器的输出信号为检测信号，对于所述检测信号进行分解，分别获得水平流流速信号和上升流流速信号，实现三维流体流速的模拟。
本发明三维流体流速模拟装置的结构特点也在于：在所述直线电机动子上，向下呈悬置固定设置一竖直悬杆，所述海流流速探测器固定设置在所述竖直悬杆上，以使所述直线电机动子保持在被测液的液面以上。
本发明三维流体流速模拟装置的结构特点也在于：在所述竖直悬杆的杆端与直线电机动子之间设置有分度盘，通过调整所述分度盘使所述竖直悬杆保持在竖直状态。
本发明三维流体流速模拟装置的结构特点也在于：设置所述分度盘与竖直悬杆的杆端之间连接结构为：呈水平设置一转接块，所述转接块通过锁紧装置与分度盘中呈水平的分度盘转轴固定连接，竖直悬杆的顶部杆端与所述转接块之间采用法兰盘进行连接，并利用所述法兰盘能够调整竖直悬杆与转接块之间的连接角度。
本发明三维流体流速模拟装置的结构特点也在于：分度盘转轴的前部光轴段插入在转接块的轴孔中，并能够与转接块相对转动；所述锁紧装置由三个圆盘组成，所述三个圆盘中处在中间位置上的圆盘与分度盘转轴固定连接，朝向转接块所在一侧的圆盘与所述转接块固定连接，另一侧圆盘为锁紧盘，通过螺纹转动锁紧盘能够将三个圆盘在分度盘转轴上进行轴向压紧，利用压紧时的摩擦力使转接块与分度盘转轴不发生相对转动。
本发明三维流体流速模拟装置的结构特点也在于：所述直线电机支撑板是采用“工”字钢，所述直线电机导轨固定设置在所述“工”字钢的上翼缘板上；设置一框架式台架，所述直线电机支撑板利用其“工”字钢的下翼缘板支撑在所述框架式台架的台面上，在所述“工”字钢的下翼缘板和框架式台架的台面之间形成有三个支撑点，分别是位于两端的可调整高度的两端支撑点，以及位于中部的铰接支撑点；所述直线电机支撑板在所述铰接支撑点上获得固定高度上的支撑，并在两端支撑点上分别调整支撑高度，以此获得直线电机导轨的不同的倾斜角度。
本发明三维流体流速模拟装置的结构特点也在于：利用不同高度的第一支撑块和第二支撑块分别形成直线电机支撑板的两端支撑点，利用转动支撑机构形成所述直线电机支撑板的铰接支撑点，在所述转动支撑机构中，转动块和底座之间利用水平轴进行连接，使转动块能够与底座相对转动，转动块的顶面为平面，以所述平面作为铰接支撑点位置处对于直线电机支撑板的支撑面；在所述水平轴的轴端设置有锁紧轴套，利用锁紧轴套能够将所述转动块与底座进行锁定。
与已有技术相比，本发明有益效果体现在：
1、本发明将直线电机设置为呈倾斜的直线运动，使海流流速探测器在被测液中能够同时获得相应的水平速度和竖直速度，实现了实验环境下对于海洋的水平流和上升流的模拟测试；
2、本发明通过改变直线电机导轨的倾斜角度可以调整水平速度和竖直速度，使水平速度和竖直速度的两者差值能够按要求进行设定；
3、本发明通过结构设置在使直线电机动子保持在液面以上，保证了装置的可靠运行；
4、本发明通过调整分度盘使竖直悬杆保持在竖直状态，以及在竖直悬杆与转接块之间进行连接角度的调整，均能有益于提高测量精度。
附图说明
图1为本发明总体结构示意图；
图2为本发明主视结构示意图；
图3为本发明中海流流速探测器安装结构示意图；
图4为本发明中分度盘与竖直悬杆之间连接结构示意图；
图5为本发明中直线电机支撑板铰接支撑点结构示意图；
图中标号：1直线电机导轨，2a第一支撑块，2b第二支撑块，3框架式台架，4海流流速探测器，501分度盘，502锁紧装置，503转接块，504端盖，505法兰盘，506分度盘转轴，507竖直悬杆，6转动支撑机构，601水平轴，602锁紧轴套，603转动块，604底座，7直线电机支撑板，A液面。
具体实施方式
本实施例中三维流体流速模拟方法是：控制直线电机动子在与水平面呈一倾角的平面中作呈倾斜的直线运动，获得呈倾斜的直线运动轨迹，使所述直线电机动子的运动速度能够分解为水平速度和竖直速度，固定设置在所述直线电机动子上的海流流速探测器随着直线电机动子的直线运动获得相应的水平速度和竖直速度，运动中的海流流速探测器浸没在被测液的液面以下，以此模拟海流的水平流和上升流。
参见图1和图2，本实施例中三维流体流速模拟装置的结构形式为：
在与水平面呈一倾角的直线电机支撑板7上固定设置直线电机导轨1，使直线电机导轨1形成为与水平面呈一倾角的倾斜导轨，直线电机动子1a沿倾斜导轨作直线运动；与直线电机动子1a固联有海流流速探测器4，并且，海流流速探测器4浸没在被测液的液面A以下，使浸没在被测液中的海流流速探测器4随直线电机动子1a作直线运动，以海流流速探测器4的输出信号为检测信号，对于检测信号进行分解，分别获得水平流流速信号和上升流流速信号，实现三维流体流速的模拟。
具体实施中，相应的结构设置也包括：
如图1、图3和图4所示，在直线电机动子1a上，向下呈悬置固定设置一竖直悬杆507，海流流速探测器4固定设置在竖直悬杆507上，以使直线电机动子1a保持在被测液的液面以上；在竖直悬杆507的杆端与直线电机动子1a之间设置有分度盘501，通过调整分度盘501使竖直悬杆507保持在竖直状态；设置分度盘501与竖直悬杆507的杆端之间连接结构为：呈水平设置一转接块503，转接块503通过锁紧装置502与分度盘501中呈水平的分度盘转轴506固定连接，竖直悬杆507的顶部杆端与转接块503之间采用法兰盘505进行连接，并利用法兰盘505能够调整竖直悬杆507与转接块503之间的连接角度；
如图3所示，分度盘转轴506的前部光轴段通过轴承与转接块503的轴孔进行配合，使分度盘转轴506能够与转接块503相对转动，为了便于加工，转接块503中的轴孔可以为通孔，并在转接块503的前端设置端盖504，利用端盖504对于轴孔进行封闭；锁紧装置502由三个圆盘组成，三个圆盘中处在中间位置上的圆盘与分度盘转轴506固定连接，朝向转接块503所在一侧的圆盘与转接块503固定连接，另一侧圆盘为锁紧盘，转动锁紧盘能够将三个圆盘在分度盘转轴506上进行轴向压紧，利用压紧时的摩擦力使转接块503与分度盘转轴506不发生相对转动。
如图1和图2所示，直线电机支撑板7是采用“工”字钢，直线电机导轨1固定设置在“工”字钢的上翼缘板上；设置一框架式台架3，直线电机支撑板7利用其“工”字钢的下翼缘板支撑在框架式台架3的台面上，在“工”字钢的下翼缘板和框架式台架3的台面之间形成有三个支撑点，分别是位于两端的可调整高度的两端支撑点，以及位于中部的铰接支撑点；直线电机支撑板7在铰接支撑点上获得固定高度上的支撑，并在两端支撑点上分别调整支撑高度，以此获得直线电机导轨的不同的倾斜角度。
图1和图2所示是利用不同高度的第一支撑块2a和第二支撑块2b分别形成直线电机支撑板7的两端支撑点，利用转动支撑机构6形成直线电机支撑板7的铰接支撑点，在转动支撑机构6中，转动块603和底座604之间利用水平轴601进行连接，使转动块603能够与底座604相对转动，转动块603的顶面为平面，以平面作为铰接支撑点位置处对于直线电机支撑板7的支撑面；在水平轴601的轴端设置有锁紧轴套602，利用锁紧轴套602能够将转动块603与底座604进行锁定；当直线电机支撑板7处在任意倾斜角度时，在其铰接支撑点位置都能得到转动块603的顶面上的平面的可靠支撑，这一结构形式既能实现直线电机支撑板7倾斜角度的调整，又能保证直线电机支撑板7的结构稳定性。
海流流速探测器4可以采用美国YSI FlowTracker ADV流速流量测量仪，是一种用于探测海流流速的探测装置，可分别测量水平流和垂直流，精度达到0.5mm/s。
整个实验装置置于静止的流体环境中，实验环境下采用水作为实验液体，盛放被测流体容器尺寸至少为整个装置边框尺寸的两倍，可采用小型游泳池的形式，底部平整，实验时被测液体为静止状态。由于该装置是基于相对运用的理论基础上模拟海水的流动。通常海流流速的测量是静止的探测器放于流动的海水中，本装置则通过运动的探测器放于静止的流体中，由作用力和反作用力可知探测器的运动速度可被看作液体的流速。本装置旨在实验的环境下模拟海水的流动，为探测器提供一个运动的环境，为后续的测量实验提供基础平台。

Claims (7)

1.一种三维流体流速模拟方法，其特征是：控制直线电机动子在与水平面呈一倾角的平面中作呈倾斜的直线运动，获得呈倾斜的直线运动轨迹，使所述直线电机动子的运动速度能够分解为水平速度和竖直速度，固定设置在所述直线电机动子上的海流流速探测器随着直线电机动子的直线运动获得相应的水平速度和竖直速度，运动中的海流流速探测器浸没在被测液的液面以下，直线电机动子保持在被测液的液面以上，以此模拟海流的水平流和上升流。
2.一种三维流体流速模拟装置，其特征是：在与水平面呈一倾角的直线电机支撑板(7)上固定设置直线电机导轨(1)，使所述直线电机导轨(1)形成为与水平面呈一倾角的倾斜导轨，直线电机动子(1a)沿所述倾斜导轨作直线运动；与所述直线电机动子(1a)固联有海流流速探测器(4)，并且，所述海流流速探测器(4)浸没在被测液的液面以下，使浸没在被测液中的海流流速探测器(4)随直线电机动子(1a)作直线运动，以所述海流流速探测器(4)的输出信号为检测信号，对于所述检测信号进行分解，分别获得水平流流速信号和上升流流速信号，实现三维流体流速的模拟；在所述直线电机动子(1a)上，向下呈悬置固定设置一竖直悬杆(507)，所述海流流速探测器(4)固定设置在所述竖直悬杆(507)上，以使所述直线电机动子(1a)保持在被测液的液面以上。
3.根据权利要求2所述的三维流体流速模拟装置，其特征是：在所述竖直悬杆(507)的杆端与直线电机动子(1a)之间设置有分度盘(501)，通过调整所述分度盘(501)使所述竖直悬杆(507)保持在竖直状态。
4.根据权利要求3所述的三维流体流速模拟装置，其特征是：设置所述分度盘(501)与竖直悬杆(507)的杆端之间连接结构为：呈水平设置一转接块(503)，所述转接块(503)通过锁紧装置(502)与分度盘(501)中呈水平的分度盘转轴(506)固定连接，竖直悬杆(507)的顶部杆端与所述转接块(503)之间采用法兰盘(505)进行连接，并利用所述法兰盘(505)能够调整竖直悬杆(507)与转接块(503)之间的连接角度。
5.根据权利要求4所述的三维流体流速模拟装置，其特征是：分度盘转轴(506)的前部光轴段插入在转接块(503)的轴孔中，并能够与转接块(503)相对转动；所述锁紧装置(502)由三个圆盘组成，所述三个圆盘中处在中间位置上的圆盘与分度盘转轴(506)固定连接，朝向转接块(503)所在一侧的圆盘与所述转接块(503)固定连接，另一侧圆盘为锁紧盘，通过螺纹转动锁紧盘能够将三个圆盘在分度盘转轴(506)上进行轴向压紧，利用压紧时的摩擦力使转接块(503)与分度盘转轴(506)不发生相对转动。
6.根据权利要求2所述的三维流体流速模拟装置，其特征是：所述直线电机支撑板(7)是采用“工”字钢，所述直线电机导轨(1)固定设置在所述“工”字钢的上翼缘板上；设置一框架式台架(3)，所述直线电机支撑板(7)利用其“工”字钢的下翼缘板支撑在所述框架式台架(3)的台面上，在所述“工”字钢的下翼缘板和框架式台架(3)的台面之间形成有三个支撑点，分别是位于两端的可调整高度的两端支撑点，以及位于中部的铰接支撑点；所述直线电机支撑板(7)在所述铰接支撑点上获得固定高度上的支撑，并在两端支撑点上分别调整支撑高度，以此获得直线电机导轨的不同的倾斜角度。
7.根据权利要求6所述的三维流体流速模拟装置，其特征是：利用不同高度的第一支撑块(2a)和第二支撑块(2b)分别形成直线电机支撑板(7)的两端支撑点，利用转动支撑机构(6)形成所述直线电机支撑板(7)的铰接支撑点，在所述转动支撑机构(6)中，转动块(603)和底座(604)之间利用水平轴(601)进行连接，使转动块(603)能够与底座(604)相对转动，转动块(603)的顶面为平面，以所述平面作为铰接支撑点位置处对于直线电机支撑板(7)的支撑面；在所述水平轴(601)的轴端设置有锁紧轴套(602)，利用锁紧轴套(602)能够将所述转动块(603)与底座(604)进行锁定。
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