水结冰模拟系统及水结冰模拟试验方法技术方案

本发明专利技术提供了一种水结冰模拟系统及水结冰模拟试验方法，包括流体流动组件和低温试验箱，所述流体流动组件包括试验段，所述试验段内有流体流过，所述试验段顶面设有接触部，所述试验段处于所述低温试验箱内，所述接触部用于使所述试验段内的流体与所述低温试验箱内的冷空气接触形成冰。能模拟流动的水结冰所需要的温度场景，使人们对流动的水结冰现象的研究在实验室就可进行。究在实验室就可进行。究在实验室就可进行。

【技术实现步骤摘要】
水结冰模拟系统及水结冰模拟试验方法


[0001]本专利技术涉及水结冰试验
，特别涉及一种水结冰模拟系统及水结冰模拟试验方法。

技术介绍

[0002]在对冰的力学特性等性能进行研究的时候，需要采集冰块，目前冰块的取得主要依靠在冰箱等冷冻室内结冰获得或者在自然天气下水结成冰获得，由于成冰时的成冰环境不同，所获得的冰的力学特性等性能也不相同，因此，冰箱内水结冰获得的冰块与自然环境下结冰所获得的冰块的各种特性具有一定的差距，特别是，冷冻室内结冰是对非流动的水进行冷冻而结成的冰，而自然条件下，水是流动的，因此对采用冷冻室结冰获得冰块进行的研究而获得的数据与自然环境下结冰而获得的冰块研究结果具有较大差异，但由于受自然条件的限制，一些地区常年不能结冰，大多数地区只有在冬季可在自然环境下结冰，因此，给冰的力学特性研究带来了一定的困难，也给实际工作带来困难。比如，海上风力发电机因处于海上且通常处于高寒地区，因此，其基座极易结冰，其基座结冰后，对风力发电机的发电性能产生不良影响，因此，需要对基座除冰，当对基座除冰时，需破冰船进行破冰，在设计破冰船时，需要对破冰的参数进行设计，这就需要了解冰的各项物理特性参数，比如冰的抗剪切力、硬度等，而不同海域中由于所处地理环境不同，水流速、温度、海水的含盐量等各有差异，因此，所结出的冰的物理性质也不一样，因此，想要设计出性能比较优良的破冰船需要对不同海域的结冰进行深入研究。目前通常的作法是到所处的海域采冰，然后对冰进行研究，而研究工作是日常的，一些研究机构离海上电站远，因此，不可能每研究一个海域的结冰情况就到该处进行采样，因此，需要建立一个模拟结冰系统，采用该结冰模拟系统按需要制备研究所需的样冰。

技术实现思路

[0003]本专利技术所要解决的技术问题是：针对现有技术所获得的冰与自然条件下获得的冰的特性相差比较大的不足，提供一种水结冰模拟系统及水结冰模拟试验方法。
[0004]为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：
[0005]一种水结冰模拟系统，包括流体流动组件和低温试验箱，所述流体流动组件用于通过流体且对通过的流体进行整理，其至少包括试验段，所述试验段内有流体流过，所述试验段设有接触部，所述流体流动组件中至少试验段处于所述低温试验箱内，所述接触部用于使所述试验段内的流体与所述低温试验箱内的冷空气接触形成冰；
[0006]所述接触部为设置在试验段顶部的开口或设置在试验段顶部的通气孔或者导热性大于其它部位的板中的一个；
[0007]还包括流体控制组件和温度控制组件，所述流体控制组件用于为所述流体流动组件提供不同的流体，所述温度控制组件用于控制所述流体控制组件提供的流体的温度；
[0008]所述流体控制组件包括进水管、水泵、水箱和出水管，所述进水管的出口与所述流
体流动组件的入口相连，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流体流动组件的出口相连，所述出水管的出口与所述水箱相连；
[0009]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；
[0010]所述流体流动组件还包括扩散段一、拐角段、稳定段一、收缩段、稳定段二和扩散段二，所述扩散段一、拐角段、稳定段一、收缩段、稳定段二、试验段和扩散段二依次相连，所述拐角段内设有多个弧形导流片；所述试验段为透明色，所述低温试验箱上设有透明视窗；
[0011]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碗状曲线收缩，所述第二收缩段从喇叭状曲线收缩转至缓慢曲线收缩。
[0012]一种水结冰模拟试验方法，所述方法为：
[0013]低温环境内温度等于或低于流体结冰温度；
[0014]至少流体流动组件的试验段置于低温环境内；试验段具有可以与低温环境内的冷空气比流体组件的其它部位更快热交换的接触部；
[0015]流体至少在试验段的接触部处遇到低温环境内的冷空气后凝结成冰；
[0016]所述低温环境为低温试验箱；由所述流体流动组件调整流体使流体的流速均匀、形成稳定的层流；
[0017]流体控制组件向流体流动组件提供不同的流体，并控制流体的流速；
[0018]温度控制组件控制流体控制组件所提供流体的温度，使流体的温度与流体的结冰温度相近；
[0019]低温试验箱内的温度为
‑
8℃至
‑
16℃；
[0020]至少将流体流动组件的试验段置于低温试验箱内；
[0021]流体控制组件向流体流动组件提供流体，并控制流体的流速在0.041
‑
0.166m/s的范围内；
[0022]温度控制组件控制流体控制组件所提供流体的温度在1℃
‑
4℃范围内；
[0023]试验段内流体在接触部处遇到低温试验箱内的冷空气后凝结成冰，所述流体为模拟的海水。
[0024]本专利技术的有益效果在于：采用本专利技术的系统进行结冰，由于设置有流体流动组件，在流体流动组件的试验段设置有接触部，设置有接触部的试验段位于低温试验箱内，低温试验箱可提供不同的低温环境，因此，可通过该流体流动组件获得流动的水，流动的水流经试验段，由于试验段位于验箱内中，在试验段接触部处接触到低温试验箱内的冷空气，试验段接触部处的水遇冷凝结成冰，因此，可使流动的水在模拟的自然环境中结冰，使所获得的冰的物理特性相比于在冷冻箱内所结的冰更接近实际环境中所形成的冰，用该冰进行力学特性研究更贴近实际的结冰环境内所获得的样冰。本专利技术的设备还有另外的优点在于，可在实验室内观察流动的水遇冷结冰的过程，不受时间、空间和环境温度的限制，对水结冰的过程进行研究和观察。
[0025]采用本专利技术的一种水结冰模拟试验方法，本专利技术的有益效果在于：低温环境内的
温度等于或者低于流体结冰温度，则当试验段内的流体在接触部处与低温环境内冷空气接触时，会慢慢降低试验段内接触部处流体温度，使之慢慢接近流体结冰温度，并最终凝结成冰，从而可用简单的方法获得流动的液体所结的冰，更接近自然的成冰过程。
附图说明
[0026]图1为本专利技术实施例的流体流动组件的立体图；
[0027]图2为本专利技术实施例的流体流动组件的剖视图；
[0028]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中的参数含义展示示意图；
[0029]图4为本专利技术实施例的系统整体结构示意图；
[0030]图5为本专利技术实施例的水结冰模拟试验方法的流程图；
[0031]图6为本专利技术另一实施例的水结冰模拟试验方法的流程图；
[0032]图7为本专利技术第三种实施例的水结冰模拟试验方法的流程图；
[0033]图8为流体流速图像
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水结冰模拟系统，其特征在于，包括流体流动组件和低温试验箱，所述流体流动组件用于通过流体且对通过的流体进行整理，其至少包括试验段，所述试验段内有流体流过，所述试验段设有接触部，所述流体流动组件中至少试验段处于所述低温试验箱内，所述接触部用于使所述试验段内的流体与所述低温试验箱内的冷空气接触形成冰。2.根据权利要求1所述的水结冰模拟系统，其特征在于，所述接触部为设置在试验段顶部的开口或设置在试验段顶部的通气孔或者导热性大于其它部位的板中的一个。3.根据权利要求1所述的水结冰模拟系统，其特征在于，还包括流体控制组件和温度控制组件，所述流体控制组件用于为所述流体流动组件提供不同的流体，所述温度控制组件用于控制所述流体控制组件提供的流体的温度。4.根据权利要求3所述的水结冰模拟系统，其特征在于，所述流体控制组件包括进水管、水泵、水箱和出水管，所述进水管的出口与所述流体流动组件的入口相连，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流体流动组件的出口相连，所述出水管的出口与所述水箱相连。5.根据权利要求4所述的水结冰模拟系统，其特征在于，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。6.根据权利要求1所述的水结冰模拟系统，其特征在于，所述流体流动组件还包括扩散段一、拐角段、稳定段一、收缩段、稳定段二和扩散段二，所述扩散段一、拐角段、稳定段一、收缩段、稳定段二、试验段和扩散段二依次相连，所述拐角段内设...

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