本发明专利技术提出了一种用于模拟深海环境的离心模拟试验装置，包括旋转臂、与旋转臂相连的立柱、旋转臂端部的吊篮和/或配重箱以及容纳上述部件的基坑。在所述基坑的内侧壁上，对应于所述吊篮和/或配重箱旋转后靠近所述内侧壁的高度上，沿所述内侧壁的周边等间隔设置有多个开口，用于每间隔一段压缩距离释放一部分空气压缩的压力，从而减少由空气压缩所带来的空气阻力，并减轻了由于空气压缩、摩擦所带来的温度升高。本发明专利技术所提供的用于模拟深海环境的离心模拟试验装置，其可以提供高g值的模拟环境，从而可以很好的模拟深海环境的岩土特性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种高压力模拟试验装置，特别是一种用于模拟深海环境的离心模拟试验装置。
技术介绍
在海洋资源的开发过程中，需要进行大量的水下作业，例如海底油气开采，海底隧道建设，海底电缆铺设等，由于海洋深度每增加100m，压力上升IMPa，因此，需要对深海环境(例如5000m以上深度)下的岩土特性进行深入研究才能更好的开发完成水下作业任务的深海设备。土工离心模型试验是岩土工程中广泛应用的研究手段之一。土工离心模型试验中所采用的离心模拟试验装置是一种大型高速旋转的机械设备，其利用土工离心机高速旋转产生的离心力模拟重力，在Ng条件下，利用小尺寸离心模型的应力、应变与原型相同或相似的特性，研究岩土工程相关问题的应力和变形规律。因此，其是能够提供对深海环境的岩土特性进行深入研究的有效方法之一。土工离心模型试验机能够提供的g值越高，就越容易模拟深海环境的岩土特性。大型土工离心模型试验机通常包括旋转臂、与旋转臂相连的立柱、旋转臂端部的吊篮和/或配重箱以及容纳上述，其中旋转臂和吊篮为旋转部件。土工离心模型试验机工作时，旋转臂和吊篮等部件高速旋转所承受的空气阻力非常巨大，实验所消耗的总功率中，气阻功率消耗所占的比重占绝大部分，可达80 %，因此也就对土工离心模型试验机达到高g值运转造成了很大的阻碍。为降低空气阻力，通常的做法是将上述部件设置于封闭的基坑内，一般认为，当旋转臂和吊篮转动时，会带动基坑内的空气转动，从而不会形成与转动部件的旋转方向相对的较大的空气流动。另一种极端的做法是将整个基坑密封抽真空，以减少空气摩擦，但是这样的成本非常高，能耗极大，因此极少得到采用。对于第一种方式，虽然理论上基坑中的空气会在旋转部件的高速旋转带动下一起运动，但是基坑内侧壁边缘的空气的运动速度会趋向于零，基坑的半径相对旋转部件的转动半径相差越大，基坑内侧壁对空气的迟滞作用越大，空气速度与旋转部件之间的差值梯度也越小，空气阻力仍然会很大。也就是说，如果基坑的半径相对旋转部件的转动半径的差值太大，基坑内的空气的转动速度会越小，基坑的作用也就越小，等同于离心模型试验机在露天情况下旋转，起不到减少空气阻力的作用。因此，设计时，通常会尽量减少基坑半径相对旋转部件的转动半径的差值，使旋转臂端部的吊篮和/或配重箱尽量贴着基坑的内侧壁旋转。但是，这又会带来另一个问题，由于空气的转动速度毕竟要小于旋转臂的转动速度，因此当离心模型试验机运转时，在吊篮和/或配重箱旋转方向的前侧靠近基坑内侧壁的位置会对空气形成很大的压缩作用，从而又会产生新的阻力因素，这是一个很难解决的矛盾。另外，由于基坑内的空气与基坑的内侧壁在旋转部件的压缩作用下与基坑的内侧壁剧烈摩擦，产生巨大的热量，严重影响实验环境的稳定。为解决基坑内温度升高的问题，CN 102609016 A中提供了一套复杂的冷却系统，其中既有风冷又有水冷，但是实际上由于离心模型试验机的旋转部件的转速非常大，风冷系统根本就无法形成贯穿整个基坑的对流，而且冷气需要通过高压才能进入基坑，并且会增加对旋转部件的阻力。而水冷系统的设备安装控制需要对整个基坑进行改装，十分复杂，而且水冷系统的运转能耗巨大，成本很尚O
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种用于模拟深海环境的离心模拟试验装置，以减少或避免前面所提到的问题。为解决上述技术问题，本专利技术提出了一种用于模拟深海环境的离心模拟试验装置，包括旋转臂、与旋转臂相连的立柱、旋转臂端部的吊篮和/或配重箱以及容纳上述部件的基坑，所述基坑的横截面为圆形，其中，在所述基坑的内侧壁上，对应于所述吊篮和/或配重箱旋转后靠近所述内侧壁的高度上，沿所述内侧壁的周边等间隔设置有多个开口，所述开口具有两个垂直于地面的开口侧壁，其中一个开口侧壁为平直壁，另一个开口侧壁为弧形壁，所述平直壁和所述弧形壁与所述基坑的内侧壁相切，所述开口的排气方向与所述旋转臂的旋转方向同向。优选地，所述开口中设置有一个可自由转动的活门，所述活门的一侧铰接于所述弧形壁上，所述平直壁上设置有一个阻挡所述活门向基坑的内侧转动的平台，所述活门可平面贴合于所述平台的表面上。 优选地，所述开口中设置有一个可自由转动的活门，所述活门的一侧铰接于所述平直壁上，所述弧形壁上设置有一个阻挡所述活门向基坑的内侧转动的平台，所述活门可平面贴合于所述平台的表面上。优选地，所述平台的表面对应于所述活门设置有凸起的密封缓冲橡胶条。优选地，所述开口中设置有一个可自由转动的风扇，在所述风扇的气流下风方向设置有一个气流分隔板，所述风扇的转轴垂直于地面，所述气流分隔板平行于所述风扇的转轴。优选地，所述风扇为无动力风扇。优选地，所述风扇的叶片沿所述风扇的转轴方向延伸。优选地，所述风扇的转轴设置于所述开口的宽度中分线上，所述叶片的旋转半径为对应于所述转轴位置的开口的宽度的35% -45%。本专利技术所提出的用于模拟深海环境的离心模拟试验装置中，沿基坑的内侧壁的周边等间隔设置有多个开口，用于每间隔一段压缩距离释放一部分空气压缩的压力，从而减少由空气压缩所带来的空气阻力，并减轻了由于空气压缩、摩擦所带来的温度升高，因此也就使得其能够更容易实现高g值运行，从而可更好的模拟深海环境的岩土特性。另外，本专利技术还提供了在开口中设置活门的方案，在利用开口释放压力的同时，可以在不施加任何额外动力的情况下，利用活门达到排放热空气、防止热空气回流、实现强制对流降温的目的。同样的，本专利技术还利用风扇和气流分隔板达到了同样的目的。【附图说明】以下附图仅旨在于对本专利技术做示意性说明和解释，并不限定本专利技术的范围。其中，图1显示的是本专利技术的用于模拟深海环境的离心模拟试验装置结构示意图；图2显示的是根据本专利技术的一个具体实施例的用于模拟深海环境的离心模拟试验装置的俯视状态的剖面示意图；图3显示的是根据本专利技术的另一个具体实施例的用于模拟深海环境的离心模拟试验装置的俯视状态的剖面示意图；图4显示的是根据本专利技术的另一个具体实施例的用于模拟深海环境的离心模拟试验装置的结构示意图。【具体实施方式】为了对本专利技术的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照【附图说明】本专利技术的【具体实施方式】。其中，相同的部件采用相同的标号。参见图1，其中显示的是本专利技术的用于模拟深海环境的离心模拟试验装置结构示意图。如图1所示，本专利技术的用于模拟深海环境的离心模拟试验装置包括旋转臂1、与旋转臂I相连的立柱2、旋转臂I端部的吊篮31和/或配重箱32以及容纳上述部件的基坑4，图中吊篮31与配重箱32显示为相同的形状，实际使用的时候，还可以将配重箱32更换成吊篮31。也就是说旋转臂I的两端可以各设置一个吊篮31以构成双吊篮的结构；或者旋转臂I的一端可以为吊篮31，另一端为配重箱32。正如
技术介绍
部分所述，由于旋转臂I端部的吊篮31和/或配重箱32贴着基坑4的内侧壁41旋转的时候，会对吊篮31和/或配重箱32旋转方向的前侧靠近基坑4的内侧壁41的空气形成压缩，从而形成阻力作用并产生巨大的热量导致基坑4内的温度升高。因此，本专利技术在基坑4的内侧壁41上，对应于吊篮31和/或配重箱32旋转后靠近内侧壁41的高度上，沿所述内侧壁41的周边等间隔设置有多个开口 42，用于每间隔一段压缩距离释放一部分空气压缩的压力，从而减少由空气本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于模拟深海环境的离心模拟试验装置，包括旋转臂、与旋转臂相连的立柱、旋转臂端部的吊篮和/或配重箱以及容纳上述部件的基坑，所述基坑的横截面为圆形，其特征在于，在所述基坑的内侧壁上，对应于所述吊篮和/或配重箱旋转后靠近所述内侧壁的高度上，沿所述内侧壁的周边等间隔设置有多个开口，所述开口具有两个垂直于地面的开口侧壁，其中一个开口侧壁为平直壁，另一个开口侧壁为弧形壁，所述平直壁和所述弧形壁与所述基坑的内侧壁相切，所述开口的排气方向与所述旋转臂的旋转方向同向。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：侯瑜京，温彦锋，张雪东，魏迎奇，
申请(专利权)人：中国水利水电科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11
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