多功能海洋水动力学结构模型试验系统技术方案

本实用新型专利技术公开一种多功能海洋水动力学结构模型试验系统，减压容器前后两侧侧壁均设有观察光口，减压容器左右两侧侧壁设有光源窗口，减压容器顶端设有顶封盖，减压容器底部设有注水口和排水口；连续光源对着减压容器上一侧光源窗口，高速摄像机对着减压容器上另一侧光源窗口；气泡发生器与减压容器上的电极端口连接，进而为放电电极提供电能；所述真空动力装置连接于减压容器，为减压容器内部抽真空；分析装置连接于高速摄像机和气泡发生器，高速摄像机捕捉气泡发生器产生的气泡以及气泡脉动、坍塌和破碎过程，然后传输至分析装置，分析装置分析气泡相关数据。本实用新型专利技术可安全地模拟水下爆炸等多种水动力学试验，具有可观测性，成本较低。成本较低。成本较低。

【技术实现步骤摘要】
多功能海洋水动力学结构模型试验系统


[0001]本技术属于海洋工程
，具体涉及一种多功能海洋水动力学结构模型试验系统，涉及流体动力学实验，可在低压环境模拟真实水下爆炸中计及重力影响的气泡的迁徙运动等多种水动力学试验。

技术介绍

[0002]人类对海洋的不断发掘促进了流体力学的发展，流体静力学和动力学已经成为国内外学者的研究方向，尤其是水下爆炸气泡动力学。早期的水下爆炸试验采用真实的装药爆炸试验，试验受药量、起爆方式及爆炸水域环境因素的限制，导致气泡现象复杂多变，其水下实验难以模拟，安全性较差，并且试验费用惊人，无法进行大规模的类比试验。
[0003]近年来，随着高速摄影技术的快速发展，国内外学者根据相似理论，开创了空泡理论的研究方法，气泡运动特性试验研究多采用火花泡及电解泡代替真实的 TNT 炸药，然而试验采用高压电路时，安全性较差，试验费用高；试验采用低压电路时，生成气泡的半径较小，在分析气泡与自由表面及边界的相互作用时不考虑重力影响，导致气泡运动过程中浮力的影响不明显，但有限水域水下爆炸气泡试验气泡自身重力却是一个特别重要的、必不可少的影响因素，需要特别考虑。
[0004]除此之外，很多试验装置电路复杂，操作繁琐，对人员有很高的技术要求。如何设计一套气泡试验装置，使其计及浮力的影响、生成的气泡与真实爆炸气泡达到迁移相似、花费较少的试验费用、试验安全性高以及气泡成色清晰是流体动力学模拟实验的重要研究方向。

技术实现思路

[0005]专利技术目的：本技术的目的在于解决现有技术中存在的不足，提供多功能海洋水动力学结构模型试验系统，本技术能模拟水下爆炸等多种水动力学试验，极大提高试验的安全性与可观测性，降低试验的成本，较好的呈现气泡与复杂边界的相互作用现象。
[0006]技术方案：本技术的一种多功能海洋水动力学结构模型试验系统，包括减压容器、气泡发生器、连续光源、真空动力装置、高速摄像机和分析装置；所述减压容器前后两侧侧壁均设有观察光口，减压容器左右两侧侧壁设有光源窗口，减压容器顶端设有顶封盖，减压容器底部设有注水口和排水口；所述连续光源对着减压容器上一侧光源窗口，所述高速摄像机对着减压容器上另一侧光源窗口；所述气泡发生器与减压容器上的电极端口连接，进而为放电电极提供电能；所述真空动力装置连接于减压容器，为减压容器内部抽真空；所述分析装置连接于高速摄像机和气泡发生器，高速摄像机（例如可以采用Phantom V12.1 高速摄像机）捕捉气泡发生器产生的气泡以及气泡脉动、坍塌和破碎过程，然后传输至分析装置（例如可采用Phantom675.2），分析装置分析气泡相关数据。
[0007]本技术中通过高速摄像机和配套分析装置，对试验现象进行拍摄捕捉，测量影像中气泡半径、气泡运动周期、运动轨迹和坍塌速度等试验参数，进而可进行水下爆炸气
泡迁徙运动以及深水潜艇的气泡在浮力与重力影响下的迁徙运动等一系列水动力学模拟试验。
[0008]进一步地，为增加整个试验系统的可移动性和可观察性，所述减压容器包括主体舱室、顶封盖和底座，一对光源窗口和一对观察窗口分别设置于主体舱室的对应侧壁；主体舱室的顶端从四周以弧形过渡成主体顶口（圆周顶口），顶封盖连接于主体顶口，主体舱室底端通过底座固定安装于现场。
[0009]进一步地，为保证整个试验系统的使用便捷性，所述主体舱室的顶端还设有两个凸出口（并以G1/2内螺纹管座密封），这两个凸出口上分别密封连接有真空压力表和抽压气泵抽气口，所述真空动力装置采用真空抽气泵，抽压气泵抽气口与真空抽气泵相连，该真空抽气泵的抽气速率15L/s，极限压力0.06pa，功率为1.5kw。
[0010]为确保确保光源窗口的采光和观察窗口的多角度的拍摄，主体舱室整体呈长方体（例如长宽高可以设计为1200 mm *800 mm *800 mm）采用碳素合金钢制成且厚度为10mm，观察窗口整体呈矩形开口（其长度和宽度可设计为900 mm *600 mm），光源窗口整体呈矩形开口（其长度和宽度可设计为600 mm *600 mm）；观察窗口和光源窗口玻璃材料的厚度均为40mm，整个主体舱室可承受3~4个大气压。
[0011]进一步地，顶封盖上设有绝缘处理的电极端口，该电极端口上方连接于气泡发生器的放电电路，该电极端口下方连接有放电电极。
[0012]进一步地，所述气泡发生器上设有220V交流电源，交流电源上并联有控制电路、充电电路和放电电路；
[0013]所述电源指示灯L3、交流转直流电源U、交流接触器1和交流接触器2构成控制电路；交流接触器1上包括有与继电器串联的指示灯L1和开关K1，交流接触器2上包括有含与继电器串联的指示灯L2和开关K2；
[0014]所述交流转直流电源U、电容C、电阻R和由交流接触器1控制的开关KM1依次串联构成充电电路，且电容C的两端并联有电压表；
[0015]所述放电电路由与电容C两端并联的两电极构成，在并联的电极的支路上串联有由交流接触器2控制的开关KM2；
[0016]其中交流转直流电源U的电压可调范围为0.1V
‑
220V；电容C为三个额定电压为250V且电容量为2200微法的并联电容；开关KM1和开关KM2均为分离充放电电路和控制电路的交流接触器。
[0017]进一步地，所述连续光源采用电压120~240伏特且功率为2000瓦的照明灯。
[0018]进一步地，所述观察窗口和光源窗口均为卸装式；观察窗口包括从主体舱室侧壁向外依次固定的视窗底座、硅胶密封垫、有机玻璃视窗板、硅胶密封垫和视窗压盖，并通过六角螺母与螺栓紧固连接；光源窗口包括从主体舱室侧壁向外依次固定的光源窗口底座、硅胶密封垫、有机玻璃板、硅胶密封垫和光源窗口压盖，并通过六角螺母和螺栓紧固连接。
[0019]进一步地，减压容器内壁设置有壁板加强筋，且减压容器内壁上除观察窗口和光源窗口之外其他位置均敷设有防腐和阻抗材质，减压容器内壁还可做喷砂用于防止腐蚀以及气泡射流对容器的损害。
[0020]进一步地，所述放电电极、连续光源与高速摄像机处于同一水平面和高度，这样可为实验观察提供充足的光源，同时也可以更好地记录与捕捉试验现象。
[0021]有益效果：与现有技术相比，本技术具有以下优点：
[0022]（1）本技术针对于流体动力学试验，来模拟真实水下爆炸计及重力影响的气泡的迁移运动或深水潜艇的气泡在浮力与重力影响下的迁徙运动过程，采用电火花气泡试验方式，与现有的真实装药爆炸试验相比，操作简单安全，降低了试验的危险和成本；
[0023]（2）本技术可通过相似关系计算出不同工况下的气泡尺寸，结合边界对气泡的影响，通过数值模拟确定减压容器的尺寸，同时结合结构强度理论，确定减压容器所需厚度和材料，试验装置制造简便，投资成本少；
[0024]（3）本技术观察窗口采取卸装式，可拆卸并安装壁板或者弹射装置，用以模拟气泡运动规律与边界相互作用的关系、导本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多功能海洋水动力学结构模型试验系统，其特征在于：包括减压容器、气泡发生器、连续光源、真空动力装置、高速摄像机和分析装置；所述减压容器前后两侧侧壁均设有观察光口，减压容器左右两侧侧壁设有光源窗口，减压容器顶端设有顶封盖，减压容器底部设有注水口和排水口；所述连续光源对着减压容器上一侧光源窗口，所述高速摄像机对着减压容器上另一侧光源窗口；所述气泡发生器与减压容器上的电极端口连接，进而为放电电极提供电能；所述真空动力装置连接于减压容器，为减压容器内部抽真空；所述分析装置连接于高速摄像机和气泡发生器，高速摄像机捕捉气泡发生器产生的气泡以及气泡脉动、坍塌和破碎过程，然后传输至分析装置，分析装置分析气泡相关数据。2.根据权利要求1所述的多功能海洋水动力学结构模型试验系统，其特征在于：所述减压容器包括主体舱室、顶封盖和底座，一对光源窗口和一对观察窗口分别设置于主体舱室的对应侧壁；主体舱室的顶端从四周以弧形过渡成主体顶口，顶封盖连接于主体顶口，主体舱室底端通过底座固定安装于现场。3.根据权利要求2所述的多功能海洋水动力学结构模型试验系统，其特征在于：所述主体舱室的顶端还设有两个凸出口，这两个凸出口上分别密封连接有真空压力表和抽压气泵抽气口，所述真空动力装置采用真空抽气泵，抽压气泵抽气口与真空抽气泵相连，该真空抽气泵的抽气速率15L/s，极限压力0.06pa，功率为1.5kw。4.根据权利要求2所述的多功能海洋水动力学结构模型试验系统，其特征在于：所述主体舱室整体呈长方体，其长宽高依次为：1200 mm 、800 mm 和800 mm，厚度为10mm且采用碳素合金钢制成，所述观察窗口整体呈矩形开口，其长度和宽度为900 mm 和600 mm，所述光源窗口整体呈矩形开口，其长度和宽度为600 mm 和600 mm；观察窗口和光源窗口玻璃材料的厚度均为40mm。5.根据权利要求1所述的多功能海洋水动力学结构模型试验系统，其特征在于：所述顶封盖上设有...

【专利技术属性】
技术研发人员：李童，崔杰，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：新型
国别省市：