CN108731909A - 一种模拟海洋有压往复流的装置 - Google Patents

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梁金辉
吴殿春
拾兵
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Abstract

本发明属于海洋工程设备领域，涉及海洋有压往复流模拟装置，特别涉及一种模拟海洋有压往复流的装置，包括上游水位控制装置、中部水箱装置、下游往复流流速控制装置；所述的中部水箱装置包括下凹型箱体、测流速装置、测泥沙通量装置、匀水网、顶盖、固定阀、下部支撑柱；所述的下游往复流流速控制装置包括正反两相旋转装置、第一转动轴、第二转动轴、活塞装置、往复拉动水管、下游固定装置；该装置可调节进入正反两相旋转装置电压的大小，利用中部水箱装置中下凹型箱体内放置的测流速装置测定水箱内的水体流速大小，与实际监测数据进行率定，满足试验要求。本发明适用于有压往复洋流技术领域的模拟试验。

Description

一种模拟海洋有压往复流的装置
技术领域
本发明属于海洋工程设备领域，涉及海洋有压往复流模拟装置，特别涉及一种模拟海洋有压往复流的装置。
背景技术
自古以来，人类对海洋的开发利用及其研究都投入了大量人力物力，随着世界技术革命的不断发展以及陆地资源的日趋匮乏，开发利用研究海洋问题越来越引起人类的关注，对于人类来说，海洋与人类的生活息息相关。其蕴含的矿产资源、再生能源等储量是无法想象的，其给予我们生活的价值是无法估量的，可见海洋对于人类生活有着极其重要的作用。
海洋中的水是处在时刻运动状态，包括单一流、往复流、循环流等，对于对水动力的研究，在国内外对单一流研究较多，但是往复流的水动力以及影响研究较少，特别是物理模型试验研究。对于往复流理论分析和数学建模已有比较成熟的理论和大量的文献报道，有了成熟的理论研究和数值计算后，通常还有一个很重要的环节是在实验室进行实物模型来模拟往复流。目前，国内外较为常见的往复流主要拘泥于无压往复流的设备，对于有压往复流设备极少导致研究不充分，有压往复流研究成果极少。针对上述现象的模拟，目前主要采用数学模型，考虑到数学模型近似假设和参数选取的不确定性，通过直观的物理模型模拟有压往复流研究成果的未见报道。
发明内容
本发明的目的在于克服上述问题，提供一种模拟海洋有压往复流的装置，本发明能够模拟有压往复流水流特征，进而研究往复流海底管道水流特征、有压水流泥沙输移等一系列研究。
为实现上述目的，本发明所采取得技术方案为：一种模拟海洋有压往复流的装置,其特征在于，包括上游水位控制装置、中部水箱装置、下游往复流流速控制装置：所述的上游水位控制装置包括进水口水管、出口水管、水位控制水管、上游固定装置；所述的中部水箱装置包括下凹型箱体、测流速装置、测泥沙通量装置、匀水网、顶盖、固定阀、下部支撑柱；所述的下游往复流流速控制装置包括正反两相旋转装置、第一转动轴、第二转动轴、滑动轨、活塞装置、往复拉动水管、下游固定装置；所述的中部水箱装置上端连接上游水位控制装置，下端连接下游往复流流速控制装置，连接方式均为螺丝钉固定；所述的水位控制水管为L型，其下端设置一进水口水管和出口水管，进水口水管设置开关阀可直接接入自来水管道，出水管道也设置开关阀，方便水位的控制。
进一步地，一种模拟海洋有压往复流的装置，其特征在于，所述的下凹型箱体上部设置一开口安装顶盖，方便泥沙或其他用具的放入，在开口两端各预留两个小型三角开口，用于放置测流速装置和测泥沙通量装置，方便试验数据的获取，在箱体两端各布置匀水网，使水流均匀流过；所述顶盖通过四个固定阀固定于下凹型箱体上侧，其上设置一对提手，方便操作。
所述的下游往复流流速控制装置为」型，可节省该装置的占地面积，其中正反两相旋转装置下部连接第一转动轴，第一转动轴上设有螺纹，可带动第一转动轴下部的第二转动轴在滑动轨上下移动，第二转动轴下部安装活塞装置，由于活塞装置在往复拉动水管内的往复运动使内部水流产生往复运动，通过控制进入正反两相旋转装置电压的大小控制其转速达到控制往复流流速的目的。
所述的上游固定装置、下部支撑柱、下游固定装置连接方式均为焊接。
一种模拟海洋有压往复流的装置，其特征在于，包括如下步骤：
（1）构建一种模拟海洋有压往复流的装置；装置包括上游水位控制装置、中部水箱装置、下游往复流流速控制装置：所述的上游水位控制装置包括进水口水管、出口水管、水位控制水管、上游固定装置；所述的中部水箱装置包括下凹型箱体、测流速装置、测泥沙通量装置、匀水网、顶盖、固定阀、下部支撑柱；所述的下游往复流流速控制装置包括正反两相旋转装置、第一转动轴、第二转动轴、滑动轨、活塞装置、往复拉动水管、下游固定装置；所述的中部水箱装置上端连接上游水位控制装置，下端连接下游往复流流速控制装置，连接方式均为螺丝钉固定；所述的水位控制水管为L型，其下端设置一进水口水管和出口水管，进水口水管设置开关阀可直接接入自来水管道，出水管道也设置开关阀，方便水位的控制；
（2）按照试验要求，打开下凹型箱体上方的顶盖将泥沙等需要试验所用的物质及装置放入，然后将测流速装置和测泥沙通量装置通过在开口两端各预留的两个小型三角开口放入下凹型箱体内部，接着通过上游水位控制装置中的进水口水管缓慢注入水，直到达到试验要求的水压及高度，紧接着打开正反两相旋转装置正反两相旋转装置，带动第一转动轴，第一转动轴上设有螺纹，可带动第一转动轴下部的第二转动轴在滑动轨上下移动，第二转动轴下部安装活塞装置，由于活塞装置在往复拉动水管内的往复运动使内部水流产生往复运动，通过控制进入正反两相旋转装置电压的大小控制其转速达到控制往复流流速的目的。
进一步地，所述的水位控制水管水位高度由流量比尺演变得到；所述的下凹型箱体由实际洋流通过水平、垂直比尺演变得到。
调节进入正反两相旋转装置电压的大小，利用中部水箱装置中下凹型箱体内放置的测流速装置测定水箱内的水体流速大小，与实际监测数据进行率定；利用水位控制水管水位高度率定水压及水位高度。
本发明具有如下有益效果：
本发明所述的下游往复流流速控制装置模拟的往复流流速与其转速成正相关关系，水位控制水管和往复拉动水管管外壁有以毫米为单位的刻度尺，可以按照所要求的水压控制水位高度和活塞装置单位时间内的移动速度，因此能够逼真的模拟海洋有压往复流规律。
改变本发明所述的水位控制水管的水位高度以及往复拉动水管内活塞装置移动速度，根据下列公式可得通过单位时间内下凹型箱体内水流往复运动速度：
Q1=π·R2·V1
Q1=Q2
Q2=A·B·C·V2
由上3式得：
V2=
式中：Q1——单位时间内通过往复拉动水管流量；
R——往复拉动水管管径半径；
V1——单位时间内活塞装置的往复运动速度；
Q2———单位时间内通过下凹型箱体内流量；
A、B、C——分别为下凹型箱体的长、宽、高；
V2——单位时间内下凹型箱体内水流往复运动速度。
改变本发明下凹型箱体内泥沙粒径，能够模拟不同粒径在有压往复流中的水力特点；改变泥沙粒径及水位控制水管不同水位高度可模拟不同水压条件下各粒径泥沙水力各项特性；改变活塞装置运动速度可模拟不同流速下泥沙运动特性；打开下凹型箱体上侧顶盖，还可模拟无压往复流的情况。
本发明所述的装置操作简单，人工劳动强度低，实验数据提取准确，提高了实验效率，节约资源，降低了实验成本费用。
附图说明
图1是本发明装置的总体结构示意图。
图2是本发明装置的下游往复流流速控制装置示意图。
图3是本发明装置的固定阀结构示意图。
图中：1.上游水位控制装置；2.中部水箱装置；3下游往复流流速控制装置；4.进水口水管；5.出口水管；6.水位控制水管；7.上游固定装置；8.下凹型箱体；9.测流速装置；10.测泥沙通量装置；11.匀水网；12.顶盖；13.固定阀；14.下部支撑柱；15.正反两相旋转装置16.第一转动轴；17.第二转动轴；18.活塞装置;19.往复拉动水管;20.下游固定装置； 21.滑动轨。
具体实施方式
下面结合附图具体实施例对本发明作进一步说明。
结合图1、图2、图3本发明提出的一种模拟海洋有压往复流的装置，它包括由进水口水管4、出口水管5、水位控制水管6、上游固定装置7组成的上游水位控制装置1，由下凹型箱体8、测流速装置9、测泥沙通量装置10、匀水网11、顶盖12、固定阀13、下部支撑柱14组成的中部水箱装置2，由正反两相旋转装置15、第一转动轴16、第二转动轴17、滑动轨21、活塞装置18、往复拉动水管19、下游固定装置20组成的下游往复流流速控制装置3。
首先按照试验要求，打开下凹型箱体8上方的顶盖12将泥沙等需要试验所用的物质及装置放入，然后将测流速装置9和测泥沙通量装置10通过在开口两端各预留的两个小型三角开口放入下凹型箱体8内部，关闭顶盖12用固定阀13固定，接着通过上游水位控制装置1中的进水口水管4缓慢注入水，直到达到试验要求的水压及高度，紧接着打开正反两相旋转装置15，正反两相旋转装置15带动第一转动轴16，第一转动轴16上设有螺纹，可带动第一转动轴16下部的第二转动轴17在滑动轨21上下移动，第二转动轴17下部安装活塞装置18，由于活塞装置18在往复拉动水管19内的往复运动使内部水流产生往复运动，通过控制进入正反两相旋转装置15电压的大小控制其转速达到控制往复流流速，同时利用中部水箱装置2中下凹型箱体8内放置的测流速装置9测定水箱内的水体流速大小，与实际监测数据进行率定，使其满足试验要求。

Claims (2)

1.一种模拟海洋有压往复流的装置,其特征在于，包括上游水位控制装置（1）、中部水箱装置（2）、下游往复流流速控制装置（3）：所述的上游水位控制装置（1）包括进水口水管（4）、出口水管（5）、水位控制水管（6）、上游固定装置（7）；所述的中部水箱装置（2）包括下凹型箱体（8）、测流速装置（9）、测泥沙通量装置（10）、匀水网（11）、顶盖（12）、固定阀（13）、下部支撑柱（14）；所述的下游往复流流速控制装置（3）包括正反两相旋转装置（15）、第一转动轴（16）、第二转动轴（17）、滑动轨（21）、活塞装置（18）、往复拉动水管（19）、下游固定装置（20）；所述的中部水箱装置（2）上端连接上游水位控制装置（1），下端连接下游往复流流速控制装置（3），连接方式均为螺丝钉固定；所述的水位控制水管（6）为L型，其下端设置一进水口水管（4）和出口水管（5），进水口水管（4）设置开关阀可直接接入自来水管道，出水管道（5）也设置开关阀，方便水位的控制。
2.根据权利要求1所述的一种模拟海洋有压往复流的装置，其特征在于，所述的下游往复流流速控制装置（3）为」型，可节省该装置的占地面积，其中正反两相旋转装置（15）下部连接第一转动轴（16），第一转动轴（16）上设有螺纹，可带动第一转动轴（16）下部的第二转动轴（17）在滑动轨（21）上下移动，第二转动轴（17）下部安装活塞装置（18），由于活塞装置（18）在往复拉动水管（19）内的往复运动使内部水流产生往复运动，通过控制进入正反两相旋转装置（15）电压的大小控制其转速达到控制往复流流速的目的。
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