[發(fā)明專利]一種用于水下復(fù)雜表面減阻測量的重力式循環(huán)水洞在審
| 申請?zhí)枺?/td> | 201810284109.0 | 申請日： | 2018-04-02 |
| 公開（公告）號： | CN108827591A | 公開（公告）日： | 2018-11-16 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 李宏源;呂鵬宇;段慧玲;相耀磊;袁輝靖;杜增智;黃晟林;李澤祥;王祥宇 | 申請（專利權(quán)）人： | 北京大學(xué) |
| 主分類號： | G01M10/00 | 分類號： | G01M10/00 |
| 代理公司： | 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021 | 代理人： | 任巖 |
| 地址： | 100871*** | 國省代碼： | 北京;11 |
| 權(quán)利要求書： | 查看更多 | 說明書： | 查看更多 |
| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 高位水箱 循環(huán)水 重力式 復(fù)雜表面 出水口 液位 液位測量裝置 液位高度信號 動力系統(tǒng) 測量 減阻 恒定 流速調(diào)節(jié)裝置 液位控制系統(tǒng) 流場均勻性 變速 高度保持 控制流量 實時測量 實驗空間 水流路徑 厘米級 寬頻 流出 輸出 水源 | ||
本發(fā)明提供了一種用于水下復(fù)雜表面減阻測量的重力式循環(huán)水洞，所述重力式循環(huán)水洞包括動力系統(tǒng)，所述動力系統(tǒng)包括：高位水箱，其設(shè)置一出水口，作為重力式循環(huán)水洞的水源，水由出水口流出；液位測量裝置，用于實時測量高位水箱內(nèi)的液位，并將測得的液位高度信號輸出；液位控制系統(tǒng)，與液位測量裝置連接，根據(jù)測得的液位高度信號調(diào)整高位水箱內(nèi)的液位高度，使液位高度保持恒定；流速調(diào)節(jié)裝置，設(shè)置在高位水箱的出水口后面的水流路徑上，用于控制流量，使流速達到設(shè)定值。本發(fā)明在有限的實驗空間下能夠?qū)崿F(xiàn)寬頻變速，同時能夠提高流場均勻性，并且對流速可以實現(xiàn)厘米級的精確控制，可以用于水下復(fù)雜表面阻力的精準(zhǔn)測量。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及流體力學(xué)實驗技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種用于水下復(fù)雜表面減阻測量的重力式循環(huán)水洞。
背景技術(shù)
眾所周知，水洞作為一種用于流動顯示和流體測量的實驗設(shè)備，可以用來研究邊界層、層流、湍流、空化、圓柱繞流和水彈性等流體力學(xué)現(xiàn)象，以及水下航行器的阻力測量。為了保證水洞在測量過程中的準(zhǔn)確性，需要對水洞進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計、水動力學(xué)設(shè)計和動力系統(tǒng)設(shè)計。
目前，國內(nèi)外循環(huán)水洞主體的組成部分大致相同，主要包括整流段、收縮段、工作段、擴散段、回流管和動力系統(tǒng)。但是，根據(jù)動力方式的不同，主要分為動力式循環(huán)水洞和重力式循環(huán)水洞。動力式循環(huán)水洞是由電機帶動螺旋槳驅(qū)動水流循環(huán)，其優(yōu)點是動力較強，可以達到較高的流速，但很難避免由于動力裝置的振動導(dǎo)致來流均勻性下降的問題，不利于得到平穩(wěn)的來流。重力式循環(huán)水洞又稱為恒定水頭式循環(huán)水洞，它是利用水泵將低位水箱中的水提升到高位水箱，靠高位水箱的重力勢能驅(qū)動水流流動，重力式循環(huán)水洞在水流循環(huán)過程中能夠通過高位水箱中的溢流板來保持液面恒定，因此，重力循環(huán)式水洞可以避免動力裝置對來流的擾動，使來流更加平穩(wěn)。
然而，水下復(fù)雜表面的阻力測量對流動的均勻性要求很高，因為一旦受到動力裝置振動的干擾，會在很大程度上影響復(fù)雜表面阻力測量的結(jié)果。同時，受實驗空間高度和流量控制系統(tǒng)的限制，現(xiàn)有的重力式循環(huán)水洞只能達到較低的流速(小于1.0m/s)，不能滿足在較寬的流速范圍內(nèi)(0.01-1.80m/s)復(fù)雜表面阻力測試的需求。
發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問題
鑒于上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種用于水下復(fù)雜表面減阻測量的重力式循環(huán)水洞。本發(fā)明在有限的實驗空間下能夠?qū)崿F(xiàn)寬頻變速，可調(diào)流速范圍為0.01-1.80m/s，同時能夠提高流場均勻性，并且對流速可以實現(xiàn)厘米級的精確控制，可以用于水下復(fù)雜表面阻力的精準(zhǔn)測量。
(二)技術(shù)方案
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種用于水下復(fù)雜表面減阻測量的重力式循環(huán)水洞，所述重力式循環(huán)水洞包括動力系統(tǒng)，所述動力系統(tǒng)包括：
高位水箱，其設(shè)置一出水口，作為重力式循環(huán)水洞的水源，水由出水口流出；
液位測量裝置，用于實時測量高位水箱內(nèi)的液位，并將測得的液位高度信號輸出；
液位控制系統(tǒng)，與液位測量裝置連接，根據(jù)測得的液位高度信號調(diào)整高位水箱內(nèi)的液位高度，使液位高度保持恒定；
流速調(diào)節(jié)裝置，設(shè)置在高位水箱的出水口后面的水流路徑上，用于控制流量，使流速達到設(shè)定值。
優(yōu)選地，所述動力系統(tǒng)還包括：
蓄水箱，用于儲水，高位水箱上的入水口與蓄水箱的出口連接；
抽水裝置，用于將蓄水箱內(nèi)的水引到高位水箱內(nèi)；
其中，液位控制系統(tǒng)包括：
控制器，與液位測量裝置連接，用于實時接收液位高度信號；
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