水结冰试验用流体模拟流动系统技术方案

本发明专利技术针对现有技术采用冰箱冷冻的方式结出的冰与自然状态不同水域结出的冰在力学特性等方面差异较大的技术问题，提供一种水结冰试验用流体模拟流动系统，为结冰提供稳定的流体且流体能在低温环境下结冰，此流动系统包括流体流动组件，流体流动组件包括依次相连的扩散段一、拐角段、稳定段一、收缩段、稳定段二、试验段和扩散段二，流体流动组件内具有供流体流过的流体通道，拐角段内设有多个弧形导流片，试验段设有接触部，采用本发明专利技术系统由于具有转弯，结构紧凑，能在实验室内使用，从而使该系统能在实验室内观察水在自然流动状态下与接触部处空气热交换后的变化状态，便于更进一步对水结冰过程进行研究。步对水结冰过程进行研究。步对水结冰过程进行研究。

Fluid simulation flow system for water icing test

【技术实现步骤摘要】
水结冰试验用流体模拟流动系统


[0001]本专利技术涉及水结冰试验装置
，特别涉及一种水结冰试验用流体模拟流动系统。

技术介绍

[0002]由于海上风电系统在工作时基座会结冰，由于结冰影响风电系统的发电量，需要用破冰船破冰或人工加热融化破冰以消除冰对于风电机的不良影响。为了消除这些冰，则需要事先了解冰的力学特性，比如剪切力，粘力、密度等，据此参数对破冰船的受力功率等进行设计。另外，在科研中，还需要观察结冰的过程，因为不同类型的冰，它的生长过程不一样，所结冰的物理特性也有所不同，观测冰的生长过程，对结冰进行进一步了解。
[0003]目前对水结冰的试验主要依靠冰箱冷冻室对装在容器内的水进行冷冻结冰，采用冰箱冷冻结冰，一方面不能观察水在自然流动状态下的成冰过程。更主要的，通过将水放在冷冻室内或冰箱内冷动结冰，是对非流动的水进行冷冻，而自然状态下江、河、湖、海水在结冰时，水是流动的，且不同时段、不同季节、不同水域水的流动速度、水的温度、水流状态均不同，因此，通过将水放在冷冻室或冰箱内结冰，结出的冰与自然状态不同水域结出的冰在力学特性等方面差异较大，因此，不能用来研究不同水域冰的力学特性。而到相关水域取冰又受到地理位置及自然气候条件的限制，因此，急需一种结冰试验用的流体流动系统，为冰的研究提供相应的标本。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是：针对现有技术采用冰箱冷冻的方式结出的冰与自然状态不同水域结出的冰在力学特性等方面差异较大的技术问题，提供一种水结冰试验用流体模拟流动系统，为结冰提供稳定的流体且流体能在低温环境下结冰。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：
[0006]一种水结冰试验用流体模拟流动系统，包括流体流动组件，所述流体流动组件包括依次相连的扩散段一、拐角段、稳定段一、收缩段、稳定段二、试验段和扩散段二，所述流体流动组件内具有供流体流过的流体通道，所述拐角段内设有多个弧形导流片，所述试验段设有接触部，用于使试验段内的流体与接触部处外的空气进行热交换使试验段内的流体形成冰；
[0007]所述接触部为开口、设有多个孔的板或者金属盖板；
[0008]所述收缩段的收缩比为6
‑
9：1，或6.25:1；
[0009]所述收缩段在宽度方向上对称设置有两曲面侧壁，该曲面侧壁的俯视投影形状为收缩曲线，所述收缩段包括第一收缩段和第二收缩段，所述第一收缩段从缓慢曲线收缩转至喇叭状外扩曲线收缩，所述第二收缩段从喇叭状内缩曲线收缩转至缓慢曲线收缩；
[0010]所述收缩段的收缩曲线按如下公式：
[0011]若则
[0012]若则
[0013]其中，R1为收缩段入口宽度的一半，R2为收缩段出口宽度的一半，l为收缩段总长度，y
m
为1/2*(第一收缩段长度l1与第二收缩段长度l2比例)，y为当前位置距离收缩段起点的长度，R为当前位置宽度的一半，公式(1)应用于第一收缩段的收缩曲线，公式(2)应用于第二收缩段的收缩曲线；
[0014]所述流体流动组件选用PLA材料，所述试验段为透明色；
[0015]所述试验段的截面尺寸为(50mm
‑
80mm)*(50mm
‑
80mm)mm；
[0016]还包括流体控制组件，所述流体控制组件包括进水管、水泵、水箱、出水管和调速阀，所述进水管的出口与所述扩散段一入口相连，所述进水管的入口与所述水泵的出口相连，所述水泵的入口与所述水箱相连，所述出水管的入口与所述扩散段二的出口相连，所述出水管的出口与所述水箱相连，所述调流阀安装在所述进水管上；
[0017]所述扩散段一、拐角段、稳定段一、收缩段、稳定段二、扩散段二、进水管、出水管上均包裹有保温棉；
[0018]还包括温度控制组件，所述温度控制组件包括冷凝器、散热片和风机，所述冷凝器置于水箱内，所述散热片用于对所述冷凝器中的液体进行散热，所述风机用于将将散热片散发的热量吹至外界环境中，所述水箱为保温水箱。
[0019]本专利技术的有益效果在于：由于本专利技术的流体模拟流动系统，在水流经过扩散段一整流后形成水流速度整体降低的较为稳定的均匀流体，之后经过设有多个弧形导流片的拐角段转变为层流，之后再经过稳定段一进行缓冲，之后经过收缩段进行整流加速后到达稳定段二再次进行缓冲，之后在试验段与接触部处空气进行热交换，之后经扩散段二流出，在试验段使水流具有稳定的速度，试验段设置有供与冷空气接触的接触部，水流在试验段与冷空气接触后能形成接近自然状态形成的冰，为研究不同自然条件下形成的冰提供了试验系统。另外，该系统由于具有转弯，结构紧凑，能在实验室内使用，从而使该系统能在实验室内观察水在自然流动状态下与接触部处空气热交换后的变化状态，便于更进一步对水结冰过程进行研究。
附图说明
[0020]图1为本专利技术实施例的流体流动组件的立体图；
[0021]图2为本专利技术实施例的流体流动组件的剖视图；
[0022]图3为本专利技术实施例的收缩段收缩曲线公式1和公式2中的参数示意图；
[0023]图4为本专利技术实施例的系统整体结构示意图。
[0024]图5为流体流速图像
[0025]图6为在试验段截取的第一个截面的流速截面图；
[0026]图7为在试验段截取的第二个截面的流速截面图；
[0027]图8为在试验段截取的第三个截面的流速截面图；
[0028]图9为在试验段截取的第四个截面的流速截面图；
[0029]图10为在试验段截取的第五个截面的流速截面图。
[0030]标号说明：
[0031]1、流体流动组件；2、流体控制组件；3、低温试验箱；4、温度控制组件；
[0032]11、扩散段一；12、拐角段；121、弧形导流片；13、稳定段一；14、收缩段；141、第一收缩段；142、第二收缩段；143、曲面侧壁；15、稳定段二；16、试验段；161、接触部；162、凸边；17、扩散段二；
[0033]21、进水管；22、水泵；23、水箱；24、出水管；
[0034]41、冷凝器；42、散热片；43、风机。
具体实施方式
[0035]为详细说明本专利技术的
技术实现思路
、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
[0036]请参照图1至图4，本专利技术提供的实施例为：
[0037]一种水结冰试验用流体模拟流动系统，该系统包括流体流动组件1，所述流体流动组件1包括依次相连的扩散段一11、拐角段12、稳定段一13、收缩段 14、稳定段二15、试验段16和扩散段二17，由扩散段一与进水管连接，由扩散段二的出口与回水管连接，由供水装置通过进水管向流体流动组件提供流动的水，流给流体流动组件内的水从出水管流出。流体流动组件1内有流体流过，所述拐角段12内设有多个弧形导流片121，所述试验段16顶面设有接触部161，用于使试验段16内的流体与接触部161本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水结冰试验用流体模拟流动系统，其特征在于，包括流体流动组件，所述流体流动组件包括依次相连的扩散段一、拐角段、稳定段一、收缩段、稳定段二、试验段和扩散段二，所述流体流动组件内具有供流体流过的流体通道，所述拐角段内设有多个弧形导流片，所述试验段设有接触部，用于使试验段内的流体与接触部处外的空气进行热交换使试验段内的流体形成冰。2.根据权利要求1所述的水结冰试验用流体模拟流动系统，其特征在于，所述接触部为开口、设有多个孔的板或者金属盖板。3.根据权利要求1所述的水结冰试验用流体模拟流动系统，其特征在于，所述收缩段的收缩比为6
‑
9：1，或6.25:1。4.根据权利要求1或3所述的水结冰试验用流体模拟流动系统，其特征在于，所述收缩段在宽度方向上对称设置有两曲面侧壁，该曲面侧壁的俯视投影形状为收缩曲线，所述收缩段包括第一收缩段和第二收缩段，所述第一收缩段从缓慢曲线收缩转至喇叭状外扩曲线收缩，所述第二收缩段从喇叭状内缩曲线收缩转至缓慢曲线收缩。5.根据权利要求1或3所述的水结冰试验用流体模拟流动系统，其特征在于，所述收缩段的收缩曲线按如下公式：若，则；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
公式（1）；若，则；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
公式（2）；其中，R1为收缩段入口宽度的一半，R2为收缩段出口宽度的一半，l为收缩段总长度，y
m
为1/2*（第一收缩段长度l1与第二收缩...

【专利技术属性】
技术研发人员：张亮，陆爽，沈江洁，李树珍，王绍龙，
申请(专利权)人：华北理工大学，
类型：发明
国别省市：