【技术实现步骤摘要】
一种异重流体的超重力流场模拟实验装置及方法
本专利技术属于流体流场模拟领域，尤其涉及一种异重流体的超重力流场模拟实验装置及方法。
技术介绍
对于大尺度的异重流体对流现象，当前多通过数值模拟的方法进行模拟和预测。由于异重流体的对流多同时涉及粘性力和重力，故需要同时满足雷诺相似准则和弗洛德相似准则，而实验室内尺度的模拟实验，受1g重力不可变的限制，多不具备较好的相似性，无法直接用于指导现场流体规律。近年来，超重力离心机的应用，使得重力在试验中成为一个可调节的变量，基于超重力离心机的土工实验逐渐得到了广泛应用。国内外相关研究中，亦有少量涉及流体的实验(包括渗流实验、土石坝管泳溃坝实验、近海结构稳定实验)，但其中流体的角色多作为一种边界条件，研究人员更关注在水的作用下，土、石、结构的变形应力特性，所设计的土工试验思路多为水作用于土。对于流体本身的流动规律则基本上没有相关研究。实际上，纯流体的流动规律也是非常有意义的，本专利技术即是结合超重力离心机的重力可变的特性，提供一种可以大幅度提高流体缩尺实验相似性的实验思路和装置，为人类更好的认识大尺度流体规律提供研究方法和思路。专...
【技术保护点】
1.一种异重流体的超重力流场模拟实验装置，其特征在于，包括控制中枢、离心机、第一流体注入装置、第二流体注入装置、模拟实验腔、溢流箱和流场‑浓度场监测系统等；所述第一流体的密度小于第二流体；所述第一流体注入装置、第二流体注入装置、模拟实验腔、溢流箱和流场‑浓度场监测系统均置于离心机上；所述第一流体注入装置、第二流体注入装置、溢流箱均通过各自的管路与模拟实验腔连通；所述控制中枢控制第一流体注入装置、第二流体注入装置的注入行为，包括开闭时间及注入流量；所述流场‑浓度场监测系统用于实时采集模拟实验腔中流场变化图像，并传输给控制中枢分析流场和浓度场。
【技术特征摘要】
1.一种异重流体的超重力流场模拟实验装置，其特征在于，包括控制中枢、离心机、第一流体注入装置、第二流体注入装置、模拟实验腔、溢流箱和流场-浓度场监测系统等；所述第一流体的密度小于第二流体；所述第一流体注入装置、第二流体注入装置、模拟实验腔、溢流箱和流场-浓度场监测系统均置于离心机上；所述第一流体注入装置、第二流体注入装置、溢流箱均通过各自的管路与模拟实验腔连通；所述控制中枢控制第一流体注入装置、第二流体注入装置的注入行为，包括开闭时间及注入流量；所述流场-浓度场监测系统用于实时采集模拟实验腔中流场变化图像，并传输给控制中枢分析流场和浓度场。2.根据权利要求1所述的一种异重流体的超重力流场模拟实验装置，其特征在于，所述离心机采用臂式土工离心机，离心机的对侧吊篮上设置配重块，配重块采用铁块或者铅块，用于维持离心机两侧的质量平衡。3.根据权利要求1所述的一种异重流体的超重力流场模拟实验装置，其特征在于，所述第一流体注入装置、第二流体注入装置、模拟实验腔、溢流箱和流场-浓度场监测系统均置于底板上，底板安装在离心机上。4.根据权利要求1所述的一种异重流体的超重力流场模拟实验装置，其特征在于，所述模拟实验腔上设置第一流体注入管、第二流体注入管和溢流管；所述第一流体注入管为可更换的不锈钢射流管，与第一流体注入装置连接，用于向模拟实验腔内注入第一流体，通过更换射流管，调整射流实验的射流管口尺寸参数；所述第二流体注入管置于模拟实验腔的底部，与第二流体注入装置连接，用于向模拟实验腔内注入第二流体；所述溢流管置于模拟实验腔的顶部附近，与溢流箱连接，用于排出模拟实验腔内高于溢流管的流体，以保证模拟实验腔的液面稳定。5.根据权利要求3所述的一种异重流体的超重力流场模拟实验装置，其特征在于，所述第一流体注入装置包括第一流体储存箱、步进电机、螺旋推杆、活塞筒、固定支架、三通转接头、第一单向阀和第二单向阀；所述步进电机和活塞筒通过固定支架固定在底板上，所述步进电机与活塞筒通过螺旋推杆相连，所述螺旋推杆的行进方向平行于离心机产生的超重力方向，以利用离心机运转产生的超重力场降低螺旋推杆的推力需求，所述活塞筒与三通转接头的第一接头通过管路连通，三通转接头的第二接头通过管路连通第一流体储存箱，在管路设有第一单向阀，第一流体可以从第一流体储存箱流向活塞筒，三通转接头的第三接头通过管路连通模拟实验腔，在管路上设有第二单向阀，第一流体可以从活塞筒流向模拟实验腔；所述步进电机通过离心机的导电滑环与控制中枢相连，接收来自控制中枢的转速、转数及转动方向指令，以精准控制螺旋推杆的行进速度和距离，可以定...
【专利技术属性】
技术研发人员：李金龙，徐文杰，詹良通，陈云敏，李珂，胡英涛，唐耀，李俊超，郑建靖，张帅，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33
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