[發明專利]一種用于拖曳水池的模擬剖面流的裝置

有效

• 申請號: 201210147912.2
• 申請日: 2012-05-11
• 公開（公告）號: CN102677625A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發明（設計）人: 楊建民;田新亮;鄧燕飛;熊凌志;李欣;單鐵兵;張蕙
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: E02B1/02
• 分類號: E02B1/02
• 代理公司: 上海旭誠知識產權代理有限公司 31220
• 代理人: 鄭立

技術領域

本發明涉及一種船舶與海洋工程技術領域的裝置，尤其是一種用于船舶與海洋工程模型拖曳試驗的提供剖面流模擬的裝置。

背景技術

模型試驗作為船舶與海洋工程領域的一種重要研究方法，對于準確預報海洋結構物的水動力性能，設計具有良好性能的海洋結構物，有著重要的意義。

在海洋工程水動力學試驗中，需要模擬真實的風、浪、流等環境條件，以預報在真實海洋環境中的運動性能和力學特性。其中，流的準確模擬對于海洋結構物的水動力性能(如平臺渦激運動和立管渦激振動)的預報起著至關重要的作用。實際中的流在垂直于水面的方向是分布不均勻的，通常海洋表層流速較大，隨著水深增加，流速逐漸減小。作為簡化，在模型試驗中有時會將垂向分布不均勻的流剖面近似為均勻流進行模擬。但是，隨著海洋工程技術的發展，人們對流的模擬提出了新的要求，期望能在實驗室精確模擬流剖面。

當前所采用的流模擬方法可分為以下兩類：

一類是將海洋結構物模型在拖曳水池中拖航，由此獲得相對于模型運動的穩定的水流。這種方法的優點在于經濟性好、可獲得的流速高、可獲得穩定的流場；但其只能獲得穩定的均勻流，無法對流速剖面進行模擬。

另一種方法是用泵在水池中造流。根據造流方法不同，可以分為高壓水管局部造流和水池整體循環造流兩種。

根據對現有技術資料的檢索，季春群等發表在《中國海洋平臺》1996年04期191-193頁上的“海洋工程環境條件模擬”一文中，介紹了上海交通大學海洋工程水池的造流系統。該方法采用整體循環造流的方式，利用高壓水泵抽水噴射，帶動周圍水體繞可升降假底流動。此方法難以模擬流速隨水深按一定規律分布的流場。中國專利文獻號CN100410447C記載了一種“推廣”。它由六層造流裝置組成，每一層裝置包括：驅動水泵、進水管道、出水管道。在第一、六層造流裝置的進水管道和出水管道間和第二、五層造流裝置的進水管道和出水管道間均布置有管道連接，并由閥門控制啟閉。該系統通過并流管道的連通作用和閥門的控制，將水泵驅動的能量在各層間進行不同的分配，從而使系統具備制造各種不同剖面流的能力。然而，這種系統造流時需要使用大功率水泵驅動整個水池的水，耗電量巨大，而且流場發展穩定和流速調整都相當費時，很不經濟。

因此，本領域的技術人員致力于開發一種有別于傳統造流方法的更有效更經濟的模擬分層剖面流的裝置。本裝置的發明正是為了解決以上難題，在拖曳水池中利用拖車牽引海洋結構物模型以及本裝置，池水與結構物模型相對運動，形成水流，同時，利用本裝置改變結構物模型周圍的水流通道的寬窄，模擬真實海洋環境中流速隨水深按一定規律分布等特征的流場。本裝置使得用拖曳方法獲得剖面流成為可能，原理簡單，實現方便，經濟性上也遠優于專利CN100410447C記載的分層造流系統。

發明內容

有鑒于現有技術的上述缺陷，本發明所要解決的技術問題是提供一種有別于傳統造流方法的更有效更經濟的模擬分層剖面流的裝置。

為實現上述目的，本發明提供了一種該裝置針對要模擬的目標流剖面，采用CFD(Computational?Fluid?Dynamics)程序計算得到實現目標流剖面所需的水流通道表面的形狀，并得到通道曲面55個特定位置的伸縮桿的伸縮量。通過調整伸縮桿的伸縮量，改變水流通道的形狀，從而達到改變流速的目的。

本發明提供了一種拖曳水池模擬剖面流裝置，包括固定支架、導流角、伸縮桿和橡膠面，固定支架與拖車固定連接；導流角、伸縮桿和橡膠面都固定在固定支架上。

在本發明的較佳實施方式中，所述的固定支架包括，基座架和兩根懸臂；其中，基座架是所有伸縮桿的支承面，由多根組合型材構成方形框架，組合型材相交位置為各個伸縮桿的支撐點；兩個懸臂與基座架焊接，懸臂上端與拖車連接固定。

所述的導流角固定在固定支架前端。

所述的伸縮桿固定在固定支架上，伸縮桿表面加工有螺紋，通過旋轉伸縮桿控制伸縮桿的伸縮量；伸縮桿前端跟橡膠面連接，通過調節伸縮桿的伸縮量使橡膠面達到預期的形狀。

所述的橡膠面，是固定在固定支架上，并且與伸縮桿相連接；所述的橡膠面外表面光滑，具有良好的伸縮性和變形恢復能力；剖面流的分布情況決定于橡膠面的形狀，所述的橡膠面的形狀具體是由多根伸縮桿控制。

所述的導流角被設置為，在拖車行走時將水流分成內外兩股，以保證試驗段水流的穩定。

所述的橡膠面的形狀被設置為用來限定剖面流的分布。