CN115450162A - 一种圆形波流水池中分层全方向水深造流装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及海洋极端海况与深海试验技术领域，具体公开了一种圆形波流水池中分层全方向水深造流装置，包括试验区、试验内池、环形循环外池、电动阀门、射流兼回流流道、升降假底；所述升降假底布置在试验区的底部，根据试验需求上下移动，改变试验区的水深；所述试验区上设置有试验内池，试验内池的边界为圆形，环形循环外池同轴设置在试验内池的外侧。本方案能够实现全流向、分层、可变水深的造流功能，该装置可在全方向上产生流向一致的均匀流和梯度流，还可在不同水池深度产生不同方向的流速，模拟海洋埃克曼流，结合不同浪向角与不同造流流向更为全面地模拟真实海洋环境，推动了相关海洋工程与海洋装备的研发优化进程。

Description

一种圆形波流水池中分层全方向水深造流装置

技术领域

本发明涉及海洋极端海况与深海试验技术领域，具体为一种圆形波流水池中分层全方向水深造流装置。

背景技术

随着人类对海洋开发的步步深入，船舶工程、海洋工程构筑物、水下机器人、水下航行器、海洋能源利用以及深海采矿等工程将与海洋环境的交互越来越紧密。海洋环境的波浪、洋流以及海风对其中工程物的影响较为复杂，需要水动力试验进行探究机理，验证优化设计。不同类型的试验水池是进行水动力试验的重要装置。

传统水动力试验水池造流系统大多只能单向造流，其采用的造流水池大多为方形结构，将水泵放置于水池下方，对水流整流采用均流腔体，难以实现分层造流，试验造流功能较为单一，实用性较差，无法满足诸如海洋能源装置、深海采矿等需要的全流向复杂海况，对于诸如埃克曼流等分层、方向不同、流速不同的水流场域目前的试验装置较难模拟。另外，目前的试验水池无法结合不同浪向角与不同造流流向更为全面地模拟真实海洋环境，这将制约相关海洋工程与海洋装备的研发优化进程。

发明内容

本发明的目的在于提供一种圆形波流水池中分层全方向水深造流装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种圆形波流水池中分层全方向水深造流装置，包括试验区、试验内池、环形循环外池、电动阀门、射流兼回流流道、升降假底、双向变频水泵；其中，所述升降假底布置在试验区的底部，根据试验需求上下移动，改变试验区的水深；所述试验区上设置有试验内池，试验内池的边界为圆形，环形循环外池同轴设置在试验内池的外侧；

所述双向变频水泵布置在试验内池与环形循环外池之间，双向变频水泵的外侧采用水泵连接圆管连接到环形循环外池，双向变频水泵的内侧通过水泵连接圆管与方接圆变径段连接，方接圆变径段连接射流兼回流流道；

所述方接圆变径段中设置有导流墩，方接圆变径段后侧的射流兼回流流道中由内而外依次设置有压力穿孔墙、射流破碎器、消涡阻尼网；所述试验区的外围周向分层布置有不同高度的射流兼回流流道倾角段，射流兼回流流道倾角段内设置有与其倾角角度一致的若干射流导流片。

优选的，所述双向变频水泵的两侧均安装有电动阀门。

优选的，所述双向变频水泵包括中间射流双向变频水泵，中间射流双向变频水泵布置在造流流向翻转180°所指向的射流兼回流口处，射流兼回流口布置在试验内池圆周边界的周侧。

优选的，所述双向变频水泵还包括左一射流双向变频水泵、右一射流双向变频水泵、左二射流双向变频水泵、右二射流双向变频水泵、左三射流双向变频水泵、右三射流双向变频水泵，上述六组射流双向变频水泵布置在中间射流双向变频水泵左右两侧的三个射流兼回流口处。

优选的，所述双向变频水泵还包括中间回流双向变频水泵，中间回流双向变频水泵布置在造流流向所指向的射流兼回流口处。

优选的，所述双向变频水泵还包括左一回流双向变频水泵、右一回流双向变频水泵、左二回流双向变频水泵、右二回流双向变频水泵、左三回流双向变频水泵、右三回流双向变频水泵，上述六台回流双向变频水泵分别布置在中间回流双向变频水泵左右两侧的三个射流兼回流口处。

优选的，所述试验区内设置有造波机，使得该造流装置具备了全浪向角与全流向造流组合的复杂海况模拟试验能力。

优选的，所述试验内池内设置有若干流速测量点位，流速测量点位用于布置流速仪，用于测量该流速测量点位的流速。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供的一种圆形波流水池中分层全方向水深造流装置，本方案通过在试验内池的圆形边界周向分层布置造流、回流口的设计，并配以升降假底来调节造流深度，实现全流向、分层、可变水深的造流功能，该装置可在全方向上产生流向一致的均匀流和梯度流，还可在不同水池深度产生不同方向的流速，模拟海洋埃克曼流，结合不同浪向角与不同造流流向更为全面地模拟真实海洋环境，极大的推动了相关海洋工程与海洋装备的研发优化进程。

附图说明

图1为本发明的平面布置图；

图2为本发明的剖面布置图。

图中：1、试验区；2、试验内池；3、射流兼回流流道；4、消涡阻尼网；5、射流破碎器；6、压力穿孔墙；7、方接圆变径段；8、导流墩；9、中间射流双向变频水泵；10、左一射流双向变频水泵；11、右一射流双向变频水泵；12、左二射流双向变频水泵；13、右二射流双向变频水泵；14、左三射流双向变频水泵；15、右三射流双向变频水泵；16、中间回流双向变频水泵；17、左一回流双向变频水泵；18、右一回流双向变频水泵；19、左二回流双向变频水泵；20、右二回流双向变频水泵；21、左三回流双向变频水泵；22、右三回流双向变频水泵；23、电动阀门；24、水泵连接圆管；25、环形循环外池；26、流速测量点位；27、射流兼回流流道倾角段；28、射流导流片；29、升降假底；30、造波机。

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做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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“竖直”、“上”、“下”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图1～2描述本发明的具体实施例，以作进一步的说明：包括试验区1、试验内池2、环形循环外池25、电动阀门23、射流兼回流流道3、升降假底29、双向变频水泵；其中，升降假底29布置在试验区1的底部，根据试验需求上下移动，改变试验区1的水深；试验区1上设置有试验内池2，试验内池2的边界为圆形，环形循环外池25同轴设置在试验内池2的外侧；

双向变频水泵布置在试验内池2与环形循环外池25之间，双向变频水泵的外侧采用水泵连接圆管24连接到环形循环外池25，双向变频水泵的内侧通过水泵连接圆管24与方接圆变径段7连接，方接圆变径段7连接射流兼回流流道3；

方接圆变径段7中设置有导流墩8，方接圆变径段7后侧的射流兼回流流道3中由内而外依次设置有压力穿孔墙6、射流破碎器5、消涡阻尼网4；试验区1的外围周向分层布置有不同高度的射流兼回流流道倾角段27，射流兼回流流道倾角段27内设置有与其倾角角度一致的若干射流导流片28。

作为一种优选实施例，双向变频水泵的两侧均安装有电动阀门23。

作为一种优选实施例，双向变频水泵包括中间射流双向变频水泵9，中间射流双向变频水泵9布置在造流流向翻转180°所指向的射流兼回流口处，射流兼回流口布置在试验内池2圆周边界的周侧。

作为一种优选实施例，双向变频水泵还包括左一射流双向变频水泵10、右一射流双向变频水泵11、左二射流双向变频水泵12、右二射流双向变频水泵13、左三射流双向变频水泵14、右三射流双向变频水泵15，上述六组射流双向变频水泵布置在中间射流双向变频水泵9左右两侧的三个射流兼回流口处。

作为一种优选实施例，双向变频水泵还包括中间回流双向变频水泵16，中间回流双向变频水泵16布置在造流流向所指向的射流兼回流口处。

作为一种优选实施例，双向变频水泵还包括左一回流双向变频水泵17、右一回流双向变频水泵18、左二回流双向变频水泵19、右二回流双向变频水泵20、左三回流双向变频水泵21、右三回流双向变频水泵22，上述六台回流双向变频水泵分别布置在中间回流双向变频水泵16左右两侧的三个射流兼回流口处。

作为一种优选实施例，试验区1内设置有造波机30，具备了全浪向角与全流向造流组合的复杂海况模拟试验能力。

作为一种优选实施例，试验内池2内设置有若干流速测量点位26，流速测量点位26用于布置流速仪，用于测量该流速测量点位26的流速。

工作原理：在该造流装置实际使用时，根据总水深下造流的高度，控制升降假底29的顶面提升到相应的高度，使得试验内池2的深度与试验设定的总水深一致，然后在每一层水深范围内，根据造流流向，开启造流流向翻转180°所指向的对应的射流兼回流口所配置的双向变频水泵两侧的电动阀门23，然后再启动中间射流双向变频水泵9。

同时，再开启左一射流双向变频水泵10、右一射流双向变频水泵11、左二射流双向变频水泵12、右二射流双向变频水泵13、左三射流双向变频水泵14、右三射流双向变频水泵15及其电动阀门23，控制上述七台水泵均保持正向运转，使得上述七台水泵通过水泵连接圆管24将环形循环外池25内的水泵出，泵出的水流依次通过其内侧的水泵连接圆管24、方接圆变径段7、方接圆变径段7射流至射流兼回流流道3内。

通过导流墩8有效梳理了弯道段水流的流向，均匀了水流流速的分布；同时，在压力穿孔墙6的作用下，使得水流进水更加均匀，减少后续的扰动，在射流破碎器5的作用下使得水流快速形成高速射流束，在消涡阻尼网4对水流回流形成阻尼，减少各部分水流的流速差，并在射流导流片28匀流作用下，从射流兼回流流道倾角段27均匀的进入到试验内池2中。

同时，再开启造流流向所指向的射流兼回流口所配置的中间回流双向变频水泵16及其电动阀门23，同时还需开启左一回流双向变频水泵17、右一回流双向变频水泵18、左二回流双向变频水泵19、右二回流双向变频水泵20、左三回流双向变频水泵21、右三回流双向变频水泵22及其电动阀门23，控制上述七台水泵全部逆向运转，再将试验内池2内的水抽出即可。

在上述双向变频水泵工作的同时，将流速仪布置在对应的流速测量点位26处，通过流速仪测量该处射流兼回流口的实时流速，再通过比较实测的水流速度与设定值的差值来调整不同射流水泵的转速即可。

由于试验内池2内还可安装造波机30，使得该造流装置具备了全浪向角与全流向造流组合的复杂海况模拟试验能力。

值得注意的是：整个装置通过控制器对其实现控制，由于控制器为常用设备，属于现有成熟技术，在此不再赘述其电性连接关系以及具体的电路结构。

本实施例中的升降假底29采用的是大型港池深水区地形自适应升降假底承载装置，由于升降假底29及其承载装置均为现有公开的成熟技术，因此，本方案未对其具体的结构组成和工作原理进行限定、赘述。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种圆形波流水池中分层全方向水深造流装置，其特征在于：包括试验区(1)、试验内池(2)、环形循环外池(25)、电动阀门(23)、射流兼回流流道(3)、升降假底(29)、双向变频水泵；其中，所述升降假底(29)布置在试验区(1)的底部，试验区(1)上设置有试验内池(2)，试验内池(2)的边界为圆形，环形循环外池(25)同轴设置在试验内池(2)的外侧；

所述双向变频水泵布置在试验内池(2)与环形循环外池(25)之间，双向变频水泵的外侧采用水泵连接圆管(24)连接到环形循环外池(25)，双向变频水泵的内侧通过水泵连接圆管(24)与方接圆变径段(7)连接，方接圆变径段(7)连接射流兼回流流道(3)；

所述方接圆变径段(7)中设置有导流墩(8)，方接圆变径段(7)后侧的射流兼回流流道(3)中由内而外依次设置有压力穿孔墙(6)、射流破碎器(5)、消涡阻尼网(4)；所述试验区(1)的外围周向分层布置有不同高度的射流兼回流流道倾角段(27)，射流兼回流流道倾角段(27)内设置有与其倾角角度一致的若干射流导流片(28)。

2.根据权利要求1所述的一种圆形波流水池中分层全方向水深造流装置，其特征在于：所述双向变频水泵的两侧均安装有电动阀门(23)。

3.根据权利要求1所述的一种圆形波流水池中分层全方向水深造流装置，其特征在于：所述双向变频水泵包括中间射流双向变频水泵(9)，中间射流双向变频水泵(9)布置在造流流向翻转180°所指向的射流兼回流口处，射流兼回流口布置在试验内池(2)圆周边界的周侧。

4.根据权利要求1所述的一种圆形波流水池中分层全方向水深造流装置，其特征在于：所述双向变频水泵还包括左一射流双向变频水泵(10)、右一射流双向变频水泵(11)、左二射流双向变频水泵(12)、右二射流双向变频水泵(13)、左三射流双向变频水泵(14)、右三射流双向变频水泵(15)，上述六组射流双向变频水泵布置在中间射流双向变频水泵(9)左右两侧的三个射流兼回流口处。

5.根据权利要求1所述的一种圆形波流水池中分层全方向水深造流装置，其特征在于：所述双向变频水泵还包括中间回流双向变频水泵(16)，中间回流双向变频水泵(16)布置在造流流向所指向的射流兼回流口处。

6.根据权利要求1所述的一种圆形波流水池中分层全方向水深造流装置，其特征在于：所述双向变频水泵还包括左一回流双向变频水泵(17)、右一回流双向变频水泵(18)、左二回流双向变频水泵(19)、右二回流双向变频水泵(20)、左三回流双向变频水泵(21)、右三回流双向变频水泵(22)，上述六台回流双向变频水泵分别布置在中间回流双向变频水泵(16)左右两侧的三个射流兼回流口处。

7.根据权利要求1所述的一种圆形波流水池中分层全方向水深造流装置，其特征在于：所述试验区(1)内设置有造波机(30)。

8.根据权利要求1所述的一种圆形波流水池中分层全方向水深造流装置，其特征在于：所述试验内池(2)内设置有若干流速测量点位(26)，流速测量点位(26)用于布置流速仪。

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