一种用于水下复杂表面减阻测量的重力式循环水洞制造技术

本发明专利技术提供了一种用于水下复杂表面减阻测量的重力式循环水洞，所述重力式循环水洞包括动力系统，所述动力系统包括：高位水箱，其设置一出水口，作为重力式循环水洞的水源，水由出水口流出；液位测量装置，用于实时测量高位水箱内的液位，并将测得的液位高度信号输出；液位控制系统，与液位测量装置连接，根据测得的液位高度信号调整高位水箱内的液位高度，使液位高度保持恒定；流速调节装置，设置在高位水箱的出水口后面的水流路径上，用于控制流量，使流速达到设定值。本发明专利技术在有限的实验空间下能够实现宽频变速，同时能够提高流场均匀性，并且对流速可以实现厘米级的精确控制，可以用于水下复杂表面阻力的精准测量。

【技术实现步骤摘要】
一种用于水下复杂表面减阻测量的重力式循环水洞
本专利技术涉及流体力学实验
，特别是涉及一种用于水下复杂表面减阻测量的重力式循环水洞。
技术介绍
众所周知，水洞作为一种用于流动显示和流体测量的实验设备，可以用来研究边界层、层流、湍流、空化、圆柱绕流和水弹性等流体力学现象，以及水下航行器的阻力测量。为了保证水洞在测量过程中的准确性，需要对水洞进行结构优化设计、水动力学设计和动力系统设计。目前，国内外循环水洞主体的组成部分大致相同，主要包括整流段、收缩段、工作段、扩散段、回流管和动力系统。但是，根据动力方式的不同，主要分为动力式循环水洞和重力式循环水洞。动力式循环水洞是由电机带动螺旋桨驱动水流循环，其优点是动力较强，可以达到较高的流速，但很难避免由于动力装置的振动导致来流均匀性下降的问题，不利于得到平稳的来流。重力式循环水洞又称为恒定水头式循环水洞，它是利用水泵将低位水箱中的水提升到高位水箱，靠高位水箱的重力势能驱动水流流动，重力式循环水洞在水流循环过程中能够通过高位水箱中的溢流板来保持液面恒定，因此，重力循环式水洞可以避免动力装置对来流的扰动，使来流更加平稳。然而，水下复杂表面的阻力测量对流动的均匀性要求很高，因为一旦受到动力装置振动的干扰，会在很大程度上影响复杂表面阻力测量的结果。同时，受实验空间高度和流量控制系统的限制，现有的重力式循环水洞只能达到较低的流速(小于1.0m/s)，不能满足在较宽的流速范围内(0.01-1.80m/s)复杂表面阻力测试的需求。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题鉴于上述技术问题，本专利技术提供了一种用于水下复杂表面减阻测量的重力式循环水洞。本专利技术在有限的实验空间下能够实现宽频变速，可调流速范围为0.01-1.80m/s，同时能够提高流场均匀性，并且对流速可以实现厘米级的精确控制，可以用于水下复杂表面阻力的精准测量。(二)技术方案根据本专利技术的一个方面，提供了一种用于水下复杂表面减阻测量的重力式循环水洞，所述重力式循环水洞包括动力系统，所述动力系统包括：高位水箱，其设置一出水口，作为重力式循环水洞的水源，水由出水口流出；液位测量装置，用于实时测量高位水箱内的液位，并将测得的液位高度信号输出；液位控制系统，与液位测量装置连接，根据测得的液位高度信号调整高位水箱内的液位高度，使液位高度保持恒定；流速调节装置，设置在高位水箱的出水口后面的水流路径上，用于控制流量，使流速达到设定值。优选地，所述动力系统还包括：蓄水箱，用于储水，高位水箱上的入水口与蓄水箱的出口连接；抽水装置，用于将蓄水箱内的水引到高位水箱内；其中，液位控制系统包括：控制器，与液位测量装置连接，用于实时接收液位高度信号；变频器，与控制器连接，控制器根据接收到的液位高度信号调整变频器，抽水装置与变频器连接，变频器及时调控抽水装置的功率，减小或增大抽水装置的流量，使高位水箱的液位高度保持不变。优选地，流速调节装置为电磁阀，与控制器联动，用于精准地控制流量，进而达到调节流速的目的。优选地，高位水箱内部设置有溢流板，多余的流体流回蓄水箱，用于协助液位控制系统调节水头的高度。优选地，所述重力式循环水洞还包括：整流段，与高位水箱连接，用于调整来流；其中，流速调节装置设置在高位水箱与整流段之间；收缩段，与整流段连接，用于对上游的来流加速，改善流场的均匀性，降低湍流度；工作段，与收缩段连接，在此段可以进行流场测量；扩散段，与工作段连接，用于将水流的动能转换为压能；回流水箱，其设置一入口，通过所述入口与扩散段连接；回流管，与回流水箱的出口连接；蓄水箱上设置有入口一，通过入口一与回流管连接。优选地，高位水箱的出水口由一块U型孔板包围，降低来流的脉动，提高工作段流场的均匀性。优选地，整流段的内部装有蜂窝器、阻尼网和水平孔板，用于将来流在整流段内进行调整，消除涡结构，提高流场的均匀性。优选地，收缩段由移轴维氏曲线不锈钢板构成，收缩比为9:1，用于对上游的来流加速，改善流场的均匀性，降低湍流度。优选地，工作段的材质为有机玻璃；扩散段的材质为不锈钢；回流水箱为开口长方体结构，便于与大气压相通，避免水中气泡在工作段富集。优选地，抽水装置为水泵；液位测量装置为超声波液位计。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本专利技术一种用于水下复杂表面减阻测量的重力式循环水洞至少具有以下有益效果其中之一：(1)本专利技术通过采用液位控制系统以及流速调节装置，能够在有限的实验空间下实现宽频变速，精确控制流速，高位水箱的液位高度能够一直保持一个恒定高度；(2)本专利技术通过高位水箱内设置U型孔板、整流段内设置蜂窝器、阻尼网和水平孔板、以及收缩段采用合适的收缩比和收缩曲线，能够提高工作段流场的均匀性，在工作段出口核心区截面面积85％以内，能够保证流场的不均匀性小于1.8％；(3)本专利技术部署灵活、占地面积相对较小，可满足对实验速度的不同需求。附图说明图1是本专利技术的用于水下复杂表面减阻测量的重力式循环水洞总体结构正视图。图2是本专利技术的用于水下复杂表面减阻测量的重力式循环水洞总体结构俯视图。图3是图1中整流段结构示意图。图4是图1中高位水箱结构示意图。【主要元件】1、高位水箱2、整流段3、收缩段4、工作段5、扩散段6、回流水箱7、回流管8、蓄水箱9、抽水装置10、液位测量装置11、液位控制系统12、控制器13、变频器14、流速调节装置15、U型孔板16、溢流板17、入水口18、出水口19、溢流口20、蜂窝器21、阻尼网22、水平孔板23、支架具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。在本专利技术的示例性实施例中，提供了一种用于水下复杂表面减阻测量的重力式循环水洞。图1是本专利技术的用于水下复杂表面减阻测量的重力式循环水洞总体结构正视图。图2是本专利技术的用于水下复杂表面减阻测量的重力式循环水洞总体结构俯视图。图3是图1中整流段结构示意图。图4是图1中高位水箱结构示意图。如图1-图4所示，本专利技术提供的用于水下复杂表面减阻测量的重力式循环水洞包括：高位水箱1，其设置一出水口18，作为重力式循环水洞的水源，水由出水口18流出；液位测量装置10，安装于高位水箱1之上，用于实时测量高位水箱内的液位，并将测得的液位高度信号输出；液位控制系统11，与液位测量装置10连接，根据接收自液位测量装置10测得的液位高度信号调整高位水箱内的液位高度，使其保持恒定；流速调节装置14，设置在高位水箱1的出水口后面的水流路径上，用于控制流量，使流速达到设定值。本专利技术的重力式循环水洞还包括：整流段2，与高位水箱连接，用于调整来流；其中，流速调节装置14设置在高位水箱1与整流段2之间；收缩段3，与整流段2连接，用于对上游的来流加速，改善流场的均匀性，降低湍流度；工作段4，与收缩段3连接，在此段进行流场测量；扩散段5，与工作段4连接，用于将水流的动能转换为压能；回流水箱6，其设置一入口，通过所述入口与扩散段5连接；回流管7，与回流水箱6的出口连接；蓄水箱8，其设置入口一，通过所述入口一与回流管7连接，用于储水；其中，高位水箱1还设置一入水口17，通过水管与蓄水箱8的出口连接，将蓄水箱8内的水引到高位水箱1内；抽水装置9，用于将蓄水箱8内的水引到高位水箱本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于水下复杂表面减阻测量的重力式循环水洞，所述重力式循环水洞包括动力系统，其特征在于，所述动力系统包括：高位水箱(1)，其设置一出水口(18)，作为重力式循环水洞的水源，水由出水口流出；液位测量装置(10)，用于实时测量高位水箱(1)内的液位，并将测得的液位高度信号输出；液位控制系统(11)，与液位测量装置(10)连接，根据测得的液位高度信号调整高位水箱(1)内的液位高度，使液位高度保持恒定；流速调节装置(14)，设置在高位水箱(1)的出水口后面的水流路径上，用于控制流量，使流速达到设定值。

【技术特征摘要】
1.一种用于水下复杂表面减阻测量的重力式循环水洞，所述重力式循环水洞包括动力系统，其特征在于，所述动力系统包括：高位水箱(1)，其设置一出水口(18)，作为重力式循环水洞的水源，水由出水口流出；液位测量装置(10)，用于实时测量高位水箱(1)内的液位，并将测得的液位高度信号输出；液位控制系统(11)，与液位测量装置(10)连接，根据测得的液位高度信号调整高位水箱(1)内的液位高度，使液位高度保持恒定；流速调节装置(14)，设置在高位水箱(1)的出水口后面的水流路径上，用于控制流量，使流速达到设定值。2.根据权利要求1所述的重力式循环水洞，其特征在于，所述动力系统还包括：蓄水箱(8)，用于储水，高位水箱(1)上的入水口(17)与蓄水箱(8)的出口连接；抽水装置(9)，用于将蓄水箱内的水引到高位水箱(1)内；其中，液位控制系统(11)包括：控制器(12)，与液位测量装置(10)连接，用于实时接收液位高度信号；变频器(13)，与控制器(12)连接，控制器(12)根据接收到的液位高度信号调整变频器(13)，抽水装置(9)与变频器(13)连接，变频器(13)及时调控抽水装置(9)的功率，减小或增大抽水装置(9)的流量，使高位水箱(1)的液位高度保持不变。3.根据权利要求2所述的重力式循环水洞，其特征在于，流速调节装置(14)为电磁阀，与控制器(12)联动，用于精准地控制流量，进而达到调节流速的目的。4.根据权利要求2或3所述的重力式循环水洞，其特征在于，高位水箱(1)内部设置有溢流板(16)，多余的流体流回蓄水箱(8)，用于协助液位控制系统(11)调节水头...

【专利技术属性】
技术研发人员：李宏源，吕鹏宇，段慧玲，相耀磊，袁辉靖，杜增智，黄晟林，李泽祥，王祥宇，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：北京,11