CN109215454A - 一种制作聚苯乙烯小球-石蜡基非冻结模型冰合成器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种制作聚苯乙烯小球‑石蜡基非冻结模型冰合成器，属于船舶与海洋工程领域；本发明包含上卡箍1，中卡箍2，下卡箍3，上层滤网4，下层滤网5；首先通过中卡箍2将模具合起并卡紧，然后加入一张尺寸略大于模具圆柱内壁的油纸，将下层滤网5放在模具的下表面用下卡箍3卡紧；再将聚苯乙烯小球加入模具中，加入聚苯乙烯小球后将上层滤网4加上，并加上卡箍1卡紧；然后将石蜡溶液加入模具内，冷却后打开上卡箍1与下卡箍3，取出上层滤网4与下层滤网5，打开中间卡箍2取出模型冰。本发明拟补了国内非冻结模型冰材料的不足，是非冻结模型冰领域的一种补充。使用这种合成器可以实现在空气实验平台上进行冰‑桨切削试验。

Description

一种制作聚苯乙烯小球-石蜡基非冻结模型冰合成器

技术领域

本发明涉及船舶与海洋工程领域，具体涉及一种制作聚苯乙烯小球-石蜡基非冻结模型冰合成器。

背景技术

随着世界资源的逐渐枯竭，能源开发开始向两极地区转移。两极地区拥有丰富的煤炭、石油、天然气、矿产资源，极地资源的运输需要专业运输设备——破冰船。自十九世纪世界上第一艘破冰船的诞生，研究人员一直致力于破冰过程中冰阻力的研究。模型冰的发明需要符合试验过程中的相似定律，如严格的缩尺比要求、密度相同、傅汝德数、柯西数相等，目前模型冰有冻结模型冰和非冻结模型冰两大类。其中冻结模型冰具有对天然海冰相当高的还原度，破坏过程的模拟基本一致。冻结模型冰也有其显著的缺点，如对试验环境要求极为苛刻，只能在专业冰水池内冻结后开展试验；单次造冰耗费大量能源，带来成本的急剧增加；国内冰水池数量少，难以形成国内试验数据对比。由于以上缺点，研究人员开发出可用于常温水池的非冻结冰。非冻结冰在试验准备、成本、可重复性等方面具有优势。但也存在其明显缺点：由一种材料组成的非冻结模型冰材料，模拟天然海冰破坏过程达不到不完全一致。

为了预测螺旋桨冰载荷，国内外一般使用模型试验的方法。用于实验的模型冰分为冻结模型冰和非冻结模型冰。在冰水池中使用经过缩尺后的冻结模型冰，可以满足试验所需的缩尺比要求，是一个很好的选择。然而，由于我国冰水池数量极少，能开展冰-桨实验的冰水池几乎没有。在室温环境下，寻找非冻结模型冰是开展冰-桨切削试验的必要材料，非冻结模型冰需要满足海冰-模型冰力学性能相似准则。基于冰-桨相互作用理论，发明了满足试验要求的模型冰合成器。该合成器专门用于铸造聚苯乙烯泡沫球为填充物，石蜡为粘结物的非冻结模型冰。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制作聚苯乙烯小球-石蜡基非冻结模型冰合成器。

一种制作聚苯乙烯小球-石蜡基非冻结模型冰合成器，其特征在于包含上卡箍1，中卡箍2，下卡箍3，上层滤网4，下层滤网5；首先通过中卡箍2将模具合起并卡紧，然后加入一张尺寸略大于模具圆柱内壁的油纸；然后将下层滤网5放在模具的下表面，用下卡箍3卡紧；再将聚苯乙烯小球加入模具中；加入聚苯乙烯小球后将上层滤网4加上，加上卡箍1卡紧；然后用电热熔炉将固态石蜡原料融化，全部融化后放置在室温下冷却至55℃；冷却过程用探针式温度计实时监测石蜡溶液温度，温度达到石蜡凝固点即55℃时，将石蜡溶液放入保温箱中保温；浇注时取出，按所需石蜡溶液加入模具内；上述工作完成后将模具转移到保温箱中保温，保温箱温度控制在35℃约10分钟后将模具取出放在室温下冷却约30分钟；打开上卡箍1与下卡箍3，取出上层滤网4与下层滤网5，打开中间卡箍2取出模型冰。

所述上层滤网4网孔比下层滤网5稀疏，均为柔性材料，能保证石蜡溶液的流入、流出。

所述模具主体部分由两对称半圆柱体组成，将两半对合后是一空心半圆柱。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明拟补了国内非冻结模型冰材料的不足，本发明的聚笨乙烯泡沫球-石蜡基模型冰合成器是非冻结模型冰领域的一种补充。使用这种合成器可以实现在空气实验平台上进行冰-桨切削试验。

附图说明

图1为本发明模型冰浇铸模具；

图2为本发明控温箱；

图3为本发明模具三视图；

图4为本发明模具用卡箍；

图5为本发明探针式温度计；

图6为本发明电热熔炉。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述。

实施例1：

本发明的目的是这样实现的：将两半圆柱模具闭合，中间用不锈钢卡箍卡紧，模具底部加过滤网用不锈钢卡箍卡紧。检查模具闭合是否严密，不严密调整至严密。模具中间加入预裁剪好的烘焙硅油纸，油纸周长略大于合成器内周长。根据试验参数设置加入聚苯乙烯泡沫球，上层加过滤网后用不锈钢卡箍卡紧。将石蜡加入熔炉内预热至液态后倒入保温箱内保温，温度控制在石蜡的凝固点55℃左右。刚开凝固时缓慢倒入合成器中。根据试验参数设定，石蜡可分多次倒入合成器来控制非冻结模型冰力学性能。加注石蜡完成后置于35℃干燥箱中保存约五分钟，石蜡缓慢凝固。预凝固结束后将合成器转移至室温环境，静置20分钟以上，打开不锈钢卡箍，缓慢分开模具，将模型冰取出。

本发明还包括这样一些结构特征：

1.模具主体部分由两对称半圆柱体组成，将两半对合后是一空心半圆柱；

2.模具内加油纸用于防止模型冰与模具粘结；

3.使用模块组合形式组成整体结构，各单元相互独立，共同完成实验任务。

实施例2：

本发明应用于模型冰的浇铸过程，可根据模型试验调整模型冰的压缩强度，该过程通过调整石蜡加入量来调整。具体实施过程可分为三部分，一是模具准备，二是材料填充，三是石蜡浇铸。现就以上三过程做详细描述：第一步模具准备，模具分为对称的两部分，合起来之后是一个空心圆柱体。将空心圆柱体合起来后，先将中间卡箍2卡紧，加入一张油纸。这张油纸的尺寸应略大于圆柱内壁，避免石蜡粘结在模具上，造成模型冰不易取下。将下层滤网5放在模具的下表面，用下卡箍3卡紧滤网，滤网采用柔性材料，卡箍易于卡紧。上述准备工作完成后进行第二步，将聚苯乙烯小球加入模具中。加入聚苯乙烯小球后将上层滤网4加上，加上卡箍1卡紧。一二步完成后进行第三步操作，浇注熔融石蜡。首先用电热熔炉将固态石蜡原料融化，全部融化后放置在室温下冷却至55℃。冷却过程用探针式温度计实时监测石蜡溶液温度，温度达到石蜡凝固点即55℃时，将石蜡溶液放入保温箱中保温。浇注时取出，按所需石蜡溶液加入模具内。上述工作完成后将模具转移到保温箱中保温，保温箱温度控制在35℃约10分钟后将模具取出放在室温下冷却约30分钟。打开上下卡箍13，取下上下滤网45，打开中间卡箍2取出模型冰。放置一天待其性质稳定后，在万能试验机上检测力学性能。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种制作聚苯乙烯小球-石蜡基非冻结模型冰合成器，其特征在于包含上卡箍(1)，中卡箍(2)，下卡箍(3)，上层滤网(4)，下层滤网(5)；首先通过中卡箍(2)将模具合起并卡紧，然后加入一张尺寸略大于模具圆柱内壁的油纸；然后将下层滤网(5)放在模具的下表面，用下卡箍(3)卡紧；再将聚苯乙烯小球加入模具中；加入聚苯乙烯小球后将上层滤网(4)加上，加上卡箍(1)卡紧；然后用电热熔炉将固态石蜡原料融化，全部融化后放置在室温下冷却至55℃；冷却过程用探针式温度计实时监测石蜡溶液温度，温度达到石蜡凝固点即55℃时，将石蜡溶液放入保温箱中保温；浇注时取出，按所需石蜡溶液加入模具内；上述工作完成后将模具转移到保温箱中保温，保温箱温度控制在35℃约10分钟后将模具取出放在室温下冷却约30分钟；打开上卡箍(1)与下卡箍(3)，取出上层滤网(4)与下层滤网(5)，打开中间卡箍(2)取出模型冰。

2.根据权利要求1所述的一种制作聚苯乙烯小球-石蜡基非冻结模型冰合成器，其特征在于，所述上层滤网(4)网孔比下层滤网(5)稀疏，均为柔性材料，能保证石蜡溶液的流入、流出。

3.根据权利要求1所述的一种制作聚苯乙烯小球-石蜡基非冻结模型冰合成器，其特征在于，所述模具主体部分由两对称半圆柱体组成，将两半对合后是一空心半圆柱。