【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及船舶与海洋工程实验，具体涉及一种水下气泡防除冰实验模拟系统，应用于水下气泡防冰除冰过程的实验研究。
技术介绍
1、随着全球气候变暖和海冰融化，极地地区战略价值逐渐显现出来。由于极地地区的低温气候环境，水面舰船进入极地地区后，面临严峻的结冰问题，因此提升其防除冰能力至关重要。传统的破冰方式，无外乎依赖坚固的船体结构和强大的推进能力，通过船体与冰层的直接接触，对冰层进行碾压和破坏。与传统破冰方式相比，气泡防除冰有着根本性的革新，该机构在工作时通过气泡群上升产生的扰流作用使冰层加速融化，并且在冰层下方形成气体空腔，大大减小破坏冰层所需要的最大外力，具有寿命长、污染少、简单可靠、策略灵活、易实现自动化等诸多优势，应用潜力巨大，相关机理研究也具有重要的科学意义。
2、现有的冰层冻融实验技术中，公开了一种海水表层结冰的室内容器装置，通过启动结冰容器内的蒸发器和水泵进行海水降温，当温度达到设计值后再启动结冰容器顶部蒸发器和风扇，将低温冷风吹到水面导致水面结冰，这种方案通过冷空气对流使水面结冰，结冰速度慢，耗时长，仅能进行结冰实验，无法进行防除冰实验。现有技术还公开了一种海冰冻融过程实验室内模拟系统，采用定制冰箱进行海水预降温，半导体制冷装置冷却空气进而使水面结冰，这种方案不仅需定制大型冰箱，而且同样存在结冰速度慢，耗时长的问题，亦无法进行防除冰实验。另外现有技术中还公开了一种用于水下高压气体破冰实验的实验装置，采用高压气枪在水下产生高压气泡对冰面进行破坏，并进行过程观测，但其采用异位冻冰，即将冻好的冰移至实验装置进行
3、基于上述问题，本领域的技术人员亟需研发一种水下气泡防除冰实验模拟系统。
技术实现思路
1、为解决现有结冰探测技术的各种缺陷，本专利技术提出一种水下气泡防除冰实验模拟系统，该水下气泡防除冰实验模拟系统造价低廉、操作简便，能够实现冰层原位冻结和较大的冰层冻结速度，并且可对整个实验过程的气泡形态及冰面情况观测进行记录分析，兼备流动水况和静止水况下的气泡防除冰过程模拟功能。
2、本专利技术采用以下具体技术方案：
3、一种水下气泡防除冰实验模拟系统，该水下气泡防除冰实验模拟系统包括防震台、水箱系统、流动海水控制系统、静止海水控制系统、水面制冰系统、环境控制系统、冷源系统、空气系统及数据采集系统；
4、所述水箱系统置于防震台上，并由透明水箱、及竖直设置于所述透明水箱内的两个隔板组成；所述透明水箱与所述流动海水控制系统相连通；
5、所述流动海水控制系统用于模拟在流动海水状况下的气泡防除冰过程并对所述透明水箱内的实验用水进行温度调节；
6、所述静止海水控制系统用于模拟静止海水状况下的气泡防除冰过程，并对所述透明水箱内的实验用水预降温至特定温度；
7、所述水面制冰系统包括可拆卸地安装于两个所述隔板之间的水冷板主体；所述水冷板主体与所述冷源系统连通，用于通过向所述水冷板主体内提供低温冷却剂实现结冰；冻结后的冰层固定于所述隔板，并在冰层、所述透明水箱与所述隔板之间形成一个空间，所述空间内的环境温度控制由所述环境控制系统实现；
8、所述空气系统用于实验过程中在所述透明水箱内底部产生气泡；
9、所述实验数据采集系统用于记录实验过程中的图像和数据。
10、更进一步地，所述流动海水控制系统由恒温水浴槽、水浴盘管、水泵、水箱进口水管、水箱进口阀门、水箱出口阀门及水箱出口水管组成；
11、所述恒温水浴槽内容置有恒温液体；
12、所述水浴盘管浸泡于所述恒温液体内，一端通过所述水箱进口水管和安装于所述水箱进口水管中的水箱进口阀门连通所述透明水箱的一侧，另一端通过所述水箱出口水管和安装于所述水箱出口水管中的水箱出口阀门连通所述透明水箱的另一侧；
13、所述水泵安装于所述水箱进口水管或者所述水箱出口水管中；
14、所述水浴盘管、所述水箱进口水管、所述透明水箱以及所述水箱出口水管形成循环通路。
15、更进一步地，所述冷源系统由低温冷源和冷却剂管路组成；
16、所述低温冷源通过所述冷却剂管路与所述水冷板主体连通，用于向所述水冷板主体输送循环流动的低温冷却剂；
17、所述冷却剂管路中安装有水冷板阀门。
18、更进一步地，所述环境控制系统由空气盘管、风扇及空气盘管阀门组成；
19、所述空气盘管设置于所述水冷板主体的上侧，并位于所述空间内；
20、所述空气盘管与所述低温冷源连通，并在所述空气盘管与所述低温冷源之间的管路中安装有所述空气盘管阀门；
21、所述风扇安装于所述空气盘管的上侧，并朝向所述空间内吹风。
22、更进一步地，所述静止海水控制系统由水箱盘管和水箱盘管阀门组成；
23、所述水箱盘管设置于所述透明水箱内底部，并与所述低温冷源连通；
24、所述水箱盘管阀门安装于所述水箱盘管与所述低温冷源之间的管路中；
25、当所述水箱盘管阀门开启时，所述水箱盘管内流通恒温的冷却剂。
26、更进一步地，所述空气系统包括通过高压气管依次连通的空气压缩机、空气流量控制仪以及喷嘴；所述喷嘴的出气口位于所述透明水箱的内底面。
27、更进一步地，所述实验数据采集系统包括俯拍相机、横拍相机、空气温度热电偶和水温热电偶组成；
28、所述俯拍相机安装于所述透明水箱的顶部；
29、所述横拍相机安装于所述透明水箱的侧面；
30、所述空气温度热电偶安装于所述水冷板主体顶部空间内；
31、所述水温热电偶安装于所述透明水箱内的水中。
32、更进一步地，所述透明水箱整体呈“凸”字型，并采用厚度为5mm的透明亚克力板制成；
33、所述透明水箱与所述流动海水控制系统相连接的进出口段均采用由圆至方的渐变管结构。
34、更进一步地，所述水冷板主体为不锈钢密封盒，并在顶面对角设置有用于供冷却剂流入流出的两个宝塔接头。
35、更进一步地，所述水冷板主体的四周各固定连接有一个直角铁板，在每个直角铁板与所述透明水箱的水箱盖之间固定连接有一个螺杆；
36、所述水冷板主体通过所述螺杆和所述直角铁板件悬挂所述透明水箱内。
37、有益效果：
38、1、本专利技术水下气泡防除冰实验模拟系统实现了原位冰层冻结与气泡防除冰过程模拟的一体化，具有水域快速预降温的功能，通过连通冷源系统的水冷板主体与水面直接接触提高了冻冰速本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种水下气泡防除冰实验模拟系统，其特征在于，包括防震台、水箱系统、流动海水控制系统、静止海水控制系统、水面制冰系统、环境控制系统、冷源系统、空气系统及数据采集系统；
2.如权利要求1所述的水下气泡防除冰实验模拟系统，其特征在于，所述流动海水控制系统由恒温水浴槽、水浴盘管、水泵、水箱进口水管、水箱进口阀门、水箱出口阀门及水箱出口水管组成；
3.如权利要求1所述的水下气泡防除冰实验模拟系统，其特征在于，所述冷源系统由低温冷源和冷却剂管路组成；
4.如权利要求3所述的水下气泡防除冰实验模拟系统，其特征在于，所述环境控制系统由空气盘管、风扇及空气盘管阀门组成；
5.如权利要求3所述的水下气泡防除冰实验模拟系统，其特征在于，所述静止海水控制系统由水箱盘管和水箱盘管阀门组成；
6.如权利要求1所述的水下气泡防除冰实验模拟系统，其特征在于，所述空气系统包括通过高压气管依次连通的空气压缩机、空气流量控制仪以及喷嘴；所述喷嘴的出气口位于所述透明水箱的内底面。
7.如权利要求1所述的水下气泡防除冰实验模拟系统，其特征在于，所
8.如权利要求1所述的水下气泡防除冰实验模拟系统，其特征在于，所述透明水箱整体呈“凸”字型，并采用厚度为5mm的透明亚克力板制成；
9.如权利要求1所述的水下气泡防除冰实验模拟系统，其特征在于，所述水冷板主体为不锈钢密封盒，并在顶面对角设置有用于供冷却剂流入流出的两个宝塔接头。
10.如权利要求1-9任意一项所述的水下气泡防除冰实验模拟系统，其特征在于，所述水冷板主体的四周各固定连接有一个直角铁板，在每个直角铁板与所述透明水箱的水箱盖之间固定连接有一个螺杆；
...【技术特征摘要】
1.一种水下气泡防除冰实验模拟系统，其特征在于，包括防震台、水箱系统、流动海水控制系统、静止海水控制系统、水面制冰系统、环境控制系统、冷源系统、空气系统及数据采集系统；
2.如权利要求1所述的水下气泡防除冰实验模拟系统，其特征在于，所述流动海水控制系统由恒温水浴槽、水浴盘管、水泵、水箱进口水管、水箱进口阀门、水箱出口阀门及水箱出口水管组成；
3.如权利要求1所述的水下气泡防除冰实验模拟系统，其特征在于，所述冷源系统由低温冷源和冷却剂管路组成；
4.如权利要求3所述的水下气泡防除冰实验模拟系统，其特征在于，所述环境控制系统由空气盘管、风扇及空气盘管阀门组成；
5.如权利要求3所述的水下气泡防除冰实验模拟系统，其特征在于，所述静止海水控制系统由水箱盘管和水箱盘管阀门组成；
6.如权利要求1所述的水下气泡防除冰实验模拟系...
【专利技术属性】
技术研发人员：宋孟杰，刘忠信，张旋，张龙，刘晓亮，甄泽康，高玉箔，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：
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