CN110595732A - 一种测量网片受力装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种测量网片受力装置，属于水力学测试技术领域，本发的装置，包括：水槽，管体，连接于水槽内一侧壁上，管体端部连接同轴钢柱，钢柱上配合连接有网架，网架与管体之间的钢柱上设有压力传感器，控制终端，设置于水槽外，控制终端通过连接线与压力传感器连接，其中，钢柱上具有用于限制网架沿钢柱轴线移动的限位环，压力传感器与管体之间还设有压力垫块。本发明的所用的压力传感器为应变片压力传感器。本发明的装置可准确获取网片在水中的水阻力，精准控制水流模拟数值避免数据结果精准性降低，装置操作便捷性高。

Description

一种测量网片受力装置

技术领域

本发明属于水力学测试技术领域，具体涉及一种测量网片受力装置。

背景技术

由于近海海洋环境破坏严重，养殖区环境污染和病害问题日趋突出，导致养殖鱼类品质下降，死亡率不断增高。为此，将网箱养殖业从内湾、近海向外海或深海发展己成为一种必然选择。然而外海水域的海况复杂，深水区浪高、流急，网箱系统必须有抵抗大浪、强流的能力。因此网箱所用的网片抗风浪和耐流技术的解决成为制约深水网箱养殖的主要技术瓶颈，对此，通常会对网片进行受力测试，目前在研究网片的水阻力的物理模型试验中，大多采用三分力计与六分力计，仪器布置较为不方便，对整个系统装置要求较高，所测结果精度不高；对网片水阻力研究的数值模拟需要模型试验验证，因此需要操作简单，高精度的受力测量装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种测量网片受力装置，可准确获取网片在水中的水阻力，精准控制水流模拟数值避免数据结果精准性降低，装置操作便捷性高。

本发明为实现上述目的所采取的技术方案为：一种测量网片受力装置，包括：

水槽，

管体，连接于水槽内一侧壁上，管体端部连接同轴钢柱，钢柱上配合连接有网架，网架与管体之间的钢柱上设有压力传感器，

控制终端，设置于水槽外，控制终端通过连接线与压力传感器连接，

其中，钢柱上具有用于限制网架沿钢柱轴线移动的限位环，压力传感器与管体之间还设有压力垫块。本发明的所用的压力传感器为应变片压力传感器。

本发明通过在水槽内设置带钢柱的管体来支撑网架，并在网架和管体之间的钢柱上设置压力传感器，这样水流或波浪冲击网片是，高灵敏度的应变片压力传感器能够准确测量所受水阻力，通过连接线将获取的水阻力直接传送至控制终端实现快速获取网片受力数据，相比于三分力计和六分力计来说本发明获取网片所受水阻力所用设备少，仪器布置方便，且所获取数据精准、快速，无需进行模型试验验证精准性，本发明的装置在通过在钢柱上设置限位环用于限制网架沿钢柱轴线方向在钢柱上的移动范围，避免网架脱离钢柱造成无法获取数据的后果，并且通过设置压力垫块来提高压力传感器所获数据的精准性。

优选的，水槽内同一槽面设两高度位置一致的管体，网架架体两侧有钢板，钢板具有与钢柱配合连接的第一连接孔，用于实现网架在遇水流或波浪冲击网片时网架产生倾斜角的情况降低，避免网架倾斜影响所获取网片的水阻力数据。

优选的，网架架体内连接的网片两端部及中部均捆绑有二极管，水槽外侧设有用于记录二极管运动情况的CCD相机。水槽为透明水槽，CCD相机通过连接线与控制终端连接，通过在网片上捆绑可发光的二极管作为追踪点，通过CCD相机来记录其运动情况，因此选用透明水槽以便于CCD相机进行记录，根据对追踪点的记录获取网片在波浪或水流作用下一个周期内水平运动形变状态。

优选的，网架前端的水槽的槽底设有波浪调节组件，波浪调节组件包括：依次排布且直径递增的第一滚筒、第二滚筒和第三滚筒，第一滚筒、第二滚筒和第三滚筒中心处均设有同轴滚轴，第一滚筒、第二滚筒和第三滚筒的滚轴两端部固接连接板。通过水流模拟器或造浪设备所生成的水流或波浪在水槽内流动过大中会产生流速衰减现象，为减小水体到达网架附近时流速衰减过于严重，通过在在水槽槽底设置波浪调节组件来提高流经水体的流速，实现水体到达网架附近时的流速与水流模拟器或造浪设备所生成的水体流速相差值处于较小状态，具体的，通过设置直径递增的第一滚筒、第二滚筒和第三滚筒来促使水槽内的水体沿滚筒流动后来提高水槽底部水体流动速度，同时使水体向上流动与水槽上部水体汇流提高流速，弥补水体流动过程中流速衰减导致的流速差值。

优选的，第一滚筒、第二滚筒和第三滚筒之间间隔设置导流件，导流件两端部与连接板连接，导流件上下两端面均为向导流件中部内凹的弧面，导流件与第一滚筒或第二滚筒或第三滚筒所对向面为向导流件中部内凹的弧面，通过将第一滚筒、第二滚筒和第三滚筒之间间隔设置，扩大滚筒之间的间距有利于使水槽底部水流向上流动的流线更加平滑益与水槽中上部流体汇合，并通过设置导流件用于填充各滚筒之间的间隙，避免水体向水槽底部方向流动造成水流流速衰减加剧，通过设置导流件上下端的弧面使水体流经个滚筒可形成水流加速，同时将导流件与滚筒之间的对应面也设置成弧面，避免导流件与各滚筒表面接触阻碍滚筒的滚动效果。

优选的，连接板一端侧面设有与水槽槽壁连接的第一固定柱，连接板另一端通过调节组件与第二固定柱连接，第二固定柱端部与水槽槽壁连接。第一固定柱与水槽槽壁连接面等同于第二固定柱与水槽槽壁连接面。在连接板上设置第一固定柱用于将波浪调节组件与水槽底面固定，引导水槽底部水流向上流动并使其流速提高以弥补水体在水槽内流动产生的水流衰减值，波浪调节组件设置于网架前端3-5m处，用于避免水体流速再次衰减，而通过第二固定柱将连接板另一端与水槽上端箱壁的固定可实现连接板一端与水槽底部箱壁固定，即将波浪调节组件固定于水槽底部，另一端的第二固定柱通过调节组件固接连接板可实现波浪调节组件在水流中可随水体流速自动调节相对水槽底面的距离，用于实现波浪调节组件引导水槽底部不同流速的水体向上流动。

优选的，调节组件包括与连接板连接的第二支撑板和与第二固定柱连接的第一支撑板，第一支撑板与第二支撑板之间通过弹性件连接，弹性件四周环绕设置支撑杆，支撑杆两端分别连接第一支撑板与第二支撑板，支撑杆为柔性支撑杆。利用弹性件来起到缓冲调节作用，使波浪调节组件可随水体流速自动调节相对水槽底面的距离在一定数值范围内。

优选的，水槽内还分别设有流速仪、波高仪，流速仪、波高仪分别通过连接线与控制终端连接，通过流速仪、波高仪分别获取所测试用的水体到达与网架接触位置时是否与设定流体数据一致，利用流速仪、波高仪获取的数据与设定水槽内流体数据进行比对，避免流体在水槽内流动过程中流速降低或波高降低，保证所获取的网片的水阻力数据精准。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明通过在水槽内设置带钢柱的管体来支撑网架，并在网架和管体之间的钢柱上设置压力传感器，这样水流或波浪冲击网片是，高灵敏度的应变片压力传感器能够准确测量所受水阻力，通过连接线将获取的水阻力直接传送至控制终端实现快速获取网片受力数据，相比于三分力计和六分力计来说本发明获取网片所受水阻力所用设备少，仪器布置方便，且所获取数据精准、快速，无需进行模型试验验证精准性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一种测量网片受力装置的示意图；

图2是网架与钢柱、管体的连接示意图；

图3是管体与钢柱的连接示意图；

图4是压力传感器与网架、钢架、管体的连接示意图；

图5是网架的结构示意图；

图6是波浪调节组件的示意图；

图7是图6中a部局部放大图；

图8是第一滚筒与导流件、第二滚筒的位置关系示意图；

图9是流速仪示意图；

图10是网片一个波浪周期内变形状态示意图。

附图标记说明：10-水槽；20-管体；21-钢柱；22-限位环；23-压力传感器；24-压力垫块；30-压力传感器；40-网架；41-钢板；42-第一连接孔；43-二极管；50-控制终端；51-连接线；52-流速仪；53-波高仪；54-CCD相机；60-波浪调节组件；61-第一滚筒；62-第二滚筒；63-连接板；64-第一固定柱；65-第二固定柱；66-导流件；67-第三滚筒；68-滚轴；70-调节组件；71-第一支撑板；72-第二支撑板；73-弹性件；74-支撑杆。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

参见图1-9所示，一种测量网片受力装置，包括：

水槽10，

管体20，连接于水槽10内一侧壁上，管体20端部连接同轴钢柱21，钢柱21上配合连接有网架40，网架40与管体20之间的钢柱21上设有压力传感器30，

控制终端50，设置于水槽10外，控制终端50通过连接线51与压力传感器30连接，

其中，钢柱21上具有用于限制网架40沿钢柱21轴线移动的限位环22，压力传感器30与管体21之间还设有压力垫块24。本发明的所用的压力传感器为应变片压力传感器。

本发明通过在水槽10内设置带钢柱21的管体20来支撑网架40，并在网架40和管体20之间的钢柱21上设置压力传感器30，这样水流或波浪冲击网片是，高灵敏度的应变片压力传感器能够准确测量所受水阻力，通过连接线51将获取的水阻力直接传送至控制终端50实现快速获取网片受力数据，相比于三分力计和六分力计来说本发明获取网片所受水阻力所用设备少，仪器布置方便，且所获取数据精准、快速，无需进行模型试验验证精准性，本发明的装置在通过在钢柱21上设置限位环22用于限制网架40沿钢柱21轴线方向在钢柱21上的移动范围，避免网架40脱离钢柱21造成无法获取数据的后果，并且通过设置压力垫块24来提高压力传感器30所获数据的精准性。

本发明是对垂直于水平面时获取网片正常状态下的网片和张紧状态下的网片的水阻力数据，并且可根据所获数据获取相对应的雷诺数，针对两种状态的网片分别采用不同的公式计算，具体如下：

正常状态下：

C_d＝1.19(Re^λ)^-0.036，

相关系数为0.997，Re^λ＝Re^d/2α,α为网线投影面积系数，(5×10²＜Re^λ＜4＜10³)；

张紧状态下：

C_d＝3.355(Re^λ)^-0.095，

相关系数为0.998，(5×10²＜Re^λ＜4＜10³)。

水槽10内同一槽面设两高度位置一致的管体20，网架40架体两侧有钢板41，钢板41具有与钢柱21配合连接的第一连接孔42，用于实现网架40在遇水流或波浪冲击网片时网架40产生倾斜角的情况降低，避免网架40倾斜影响所获取网片的水阻力数据。

网架40架体内连接的网片两端部及中部均捆绑有二极管43，水槽10外侧设有用于记录二极管运动情况的CCD相机54。水槽为透明水槽，CCD相机54通过连接线51与控制终端50连接，通过在网片上捆绑可发光的二极管43来作为追踪点，通过CCD相机54来记录其运动情况，因此选用透明水槽以便于CCD相机54进行记录，根据对追踪点的记录获取网片在波浪或水流作用下一个周期内水平运动形变状，还可获取水平运动下的最大幅值。

网架40前端的水槽10的槽底设有波浪调节组件60，波浪调节组件60包括：依次排布且直径递增的第一滚筒61、第二滚筒62和第三滚筒67，第一滚筒61、第二滚筒62和第三滚筒67中心处均设有同轴滚轴68，第一滚筒61、第二滚筒62和第三滚筒67的滚轴68两端部固接连接板63。通过水流模拟器或造浪设备所生成的水流或波浪在水槽10内流动过大中会产生流速衰减现象，为减小水体到达网架40附近时流速衰减过于严重，通过在在水槽10槽底设置波浪调节组件60来提高流经水体的流速，实现水体到达网架40附近时的流速与水流模拟器或造浪设备所生成的水体流速相差值处于较小状态，具体的，通过设置直径递增的第一滚筒61、第二滚筒62和第三滚筒67来促使水槽10内的水体沿滚筒流动后来提高水槽10底部水体流动速度，同时使水体向上流动与水槽10上部水体汇流提高流速，弥补流动过程中流速衰减导致的流速差值。

第一滚筒61、第二滚筒62和第三滚筒67之间间隔设置导流件66，导流件66两端部与连接板63连接，导流件66上下两端面均为向导流件66中部内凹的弧面，导流件66与第一滚筒61或第二滚筒62或第三滚筒67所对向面为向导流件66中部内凹的弧面，通过将第一滚筒61、第二滚筒62和第三滚筒67之间间隔设置，扩大滚筒之间的间距有利于使水槽10底部水流向上流动的流线更加平滑益与水槽10中上部流体汇合，并通过设置导流件66用于填充各滚筒之间的间隙，避免水体向水槽底部方向流动造成水流流速衰减加剧，通过设置导流件66上下端的弧面使水体流经个滚筒可形成水流加速，同时将导流件66与滚筒之间的对应面也设置成弧面，避免导流件66与各滚筒表面接触阻碍滚筒的滚动效果。

连接板63一端侧面设有与水槽10槽壁连接的第一固定柱64，连接板63另一端通过调节组件70与第二固定柱65连接，第二固定柱65端部与水槽10槽壁连接。第一固定柱64与水槽10槽壁连接面等同于第二固定柱65与水槽10槽壁连接面。在连接板63上设置第一固定柱64用于将波浪调节组件60与水槽10底面固定，引导水槽10底部水流向上流动并使其流速提高以弥补水体在水槽10内流动产生的水流衰减值，波浪调节组件60设置于网架40前端3-5m处，用于避免水体流速再次衰减，而通过第二固定柱65将连接板63另一端与水槽10上端箱壁的固定可实现连接板63一端与水槽10底部箱壁固定，即将波浪调节组件60固定于水槽10底部，另一端的第二固定柱65通过调节组件70固接连接板63可实现波浪调节组件60在水流中可随水体流速自动调节相对水槽10底面的距离，用于实现波浪调节组件60引导水槽10底部不同流速的水体向上流动。

调节组件70包括与连接板63连接的第二支撑板72和与第二固定柱65连接的第一支撑板71，第一支撑板71与第二支撑板72之间通过弹性件73连接，弹性件73四周环绕设置支撑杆74，支撑杆74两端分别连接第一支撑板71与第二支撑板72，支撑杆74为柔性支撑杆。利用弹性件73来起到缓冲调节作用，使波浪调节组件60可随水体流速自动调节相对水槽10底面的距离在一定数值范围内。

水槽10内还分别设有流速仪52、波高仪53，流速仪52、波高仪53分别通过连接线51与控制终端50连接，通过流速仪52、波高仪53分别获取所测试用的水体到达与网架40接触位置时是否与设定流体数据一致，利用流速仪52、波高仪53获取的数据与设定水槽10内流体数据进行比对，避免流体在水槽10内流动过程中流速降低或波高降低，保证所获取的网片的水阻力数据精准。

实施例2：

本发明的装置对网片测量时：将网片设于网架40上，并捆绑二极管43，将压力垫块24、压力传感器23依次安装到钢柱21上，再将网架40呈垂直于水平面的方式与水槽10内的两个管体20上的钢柱21连接，通过限位环22限制网架40移动位置，在网架40附近布设流速仪52和波高仪53，将CCD相机54对准网架40方向获取二级管的运动轨迹，分别通过连接线51将流速仪52、波高仪53和CCD相机54以及压力传感器23与控制终端50连接，本发明中的控制终端为电脑用于处理所获取的数据，完成上述设备布设，网架40前端3米处的水槽底部安装波浪调节组件60，之后通过造浪设备进行造浪，水体冲击网架40通过压力传感器23获取网片在水流冲击下的水阻力，同时CCD相机54记录二极管43运动情况获取网片在一个波浪周期内变形状态。网片一个波浪周期内变形状态如图10所示。

本实施例具体对网目大小为2a＝4cm，其中a为目脚长度，网线直径2.35mm的矩形网片进行测试，矩形网片长32目×宽16目，长×宽＝100cm×43cm(水平缩结系数0.746，垂直缩结系数为0.666)。

通过设定不同的水体流速获取各流速下网片受力情况，并通过网架40前端的流速仪52和波高仪53获取了到达网架40附近水流速度，具体结果如下表所示：

模拟水体流速V(cm/s)	网片前端水体流速V2(cm/s)	网片受力(N)
			32.6	32.1	9.6
22.3	21.9	5.0
			17.6	17.2	2.6

通过上述试验可知，本发明网片测试中水体衰减数值低，有效保证所获取的数据的精准性。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (8)

1.一种测量网片受力装置，包括：

水槽，

管体，连接于水槽内一侧壁上，所述管体端部连接同轴钢柱，所述钢柱上配合连接有网架，所述网架与管体之间的钢柱上设有压力传感器，

控制终端，设置于水槽外，所述控制终端通过连接线与压力传感器连接，

其中，所述钢柱上具有用于限制网架沿钢柱轴线移动的限位环，所述压力传感器与管体之间还设有压力垫块。

2.根据权利要求1所述的一种测量网片受力装置，其特征在于：所述水槽内同一槽面设两高度位置一致的管体，所述网架架体两侧有钢板，所述钢板具有与钢柱配合连接的第一连接孔。

3.根据权利要求1所述的一种测量网片受力装置，其特征在于：所述网架架体内连接的网片两端部及中部均捆绑有二极管，所述水槽外侧设有用于记录二极管运动情况的CCD相机。

4.根据权利要求1所述的一种测量网片受力装置，其特征在于：所述网架前端的水槽的槽底设有波浪调节组件，所述波浪调节组件包括：依次排布且直径递增的第一滚筒、第二滚筒和第三滚筒，所述第一滚筒、第二滚筒和第三滚筒中心处均设有同轴滚轴，所述第一滚筒、第二滚筒和第三滚筒的滚轴两端部固接连接板。

5.根据权利要求4所述的一种测量网片受力装置，其特征在于：所述第一滚筒、第二滚筒和第三滚筒之间间隔设置导流件，所述导流件两端部与连接板连接，所述导流件上下两端面均为向导流件中部内凹的弧面，所述导流件与第一滚筒或第二滚筒或第三滚筒所对向面为向导流件中部内凹的弧面。

6.根据权利要求4所述的一种测量网片受力装置，其特征在于：所述连接板一端侧面设有与水槽槽壁连接的第一固定柱，所述连接板另一端通过调节组件与第二固定柱连接，所述第二固定柱端部与水槽槽壁连接。

7.根据权利要求6所述的一种测量网片受力装置，其特征在于：所述调节组件包括与连接板连接的第二支撑板和与第二固定柱连接的第一支撑板，所述第一支撑板与第二支撑板之间通过弹性件连接，所述弹性件四周环绕设置支撑杆，所述支撑杆两端分别连接第一支撑板与第二支撑板，所述支撑杆为柔性支撑杆。

8.根据权利要求1-7任一权利要求所述的一种测量网片受力装置，其特征在于：所述水槽内还分别设有流速仪、波高仪，所述流速仪、波高仪分别通过连接线与控制终端连接。