[發明專利]一種潰壩式模擬破碎波實驗裝置

在審

• 申請號: 202011282796.6
• 申請日: 2020-11-17
• 公開（公告）號: CN112504625A
• 公開（公告）日: 2021-03-16
• 發明（設計）人: 韓蕊;王爽;周鵬;譚思超;廖康平;郭春雨
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G01M10/00
• 分類號: G01M10/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供一種潰壩式模擬破碎波實驗裝置，包括實驗臺模塊、驅動控制模塊、滑輪組模塊、循環實驗工質模塊、實驗水箱模塊和PIV模塊；實驗本體為由閘門和有機玻璃實驗水箱配合而成，為三維潰壩實驗水槽，通過向有機玻璃實驗水箱中加入蒸餾水控制左右液面，之后通過迅速抽板實現波浪破碎模擬。本發明采用有機玻璃制作實驗本體，既提供了近似剛性的實驗體，又可提供研究內部液面的高透明度，為高速攝像機的拍攝提供條件；靈活的底部打光方式，有效的降低了由激光穿過氣液交界面折射產生的實驗誤差；實驗裝置采用角鋼材料，其結構特征穩定結構簡單，可提供穩定的工作環境；可用于艦船等受波浪抨擊的實驗研究；裝置設計簡單，容易加工，價格低廉。

技術領域

本發明提供的是一種潰壩式模擬破碎波實驗裝置，能實現抽板速度的精確控制及可調式PIV底部打光，主要涉及到流體力學、裝置設計、艦船安全分析等領域。

背景技術

由于受到海風、天體引力、海水密度分布不均等外力和內力作用,使得海面極易形成波浪，隨著波浪運動到近海，因為大陸架逐漸升高迫使下層海水向上運動，使得出現了波浪漸高的現象。此外，由于下層海水受到大陸架的阻力作用，使得上層海水的運動速度要明顯快于下層海水，在慣性的作用下波浪最高處向前傾倒，發生破碎。工作在海上的浮動核電站、核動力艦船以及核動力航母長期受到海浪的抨擊，在抨擊過程中，氣泡破裂及自由面變形都會對艦船產生巨大的抨擊力。因此如果在浮動核電站和核動力航母的研究、設計和制造中不深入了解這個過程可能產生的問題并采取相應的解決措施，海浪的抨擊不僅影響浮動核電站、核動力艦船以及核動力航母的安全運行，而且會對工作人員的安全產生巨大的威脅。因此，需要一種適用于研究波浪破碎現象的可視化實驗裝置，對波浪破碎過程的流場及壓力等參數變化做系統性研究，用于驗證CFD計算的精準性，結合數值模擬系統性的研究破浪破碎過程。所以研究波浪對艦船的抨擊作用，對艦船的研究、設計和制造具有重要的意義。

發明內容

本發明的目的在于提供一種潰壩式模擬破碎波實驗裝置，有機玻璃實驗本體全可視化，實驗裝置可靈活控制抽板速度及打光位置，制造成本低，用于實現潰壩式破碎波的生成及破碎波流場和抨擊壓力的研究。

本發明的目的是這樣實現的：

一種潰壩式模擬破碎波實驗裝置，包括實驗臺模塊、驅動控制模塊、滑輪組模塊、循環實驗工質模塊、實驗水箱模塊和PIV模塊；所述實驗臺模塊包括實驗臺框架、滑軌；所述驅動控制模塊包括變頻器、電機、信號線；所述滑輪組模塊包括滑輪、細鋼絲繩；所述循環實驗工質模塊包括循環水泵、管道；所述實驗水箱模塊包括有機玻璃實驗水箱10、閘門；所述PIV模塊包括高速攝像機、相機升降平臺、相機支架、532nm激光器、可旋轉光學平面鏡、可移動平面鏡支架；采用變頻器控制電機，通過細鋼絲繩將動作傳遞到閘門實現快速抽板，與此同時，532nm激光器通過激光器升降平臺固定穩固后發射的光線經過可調式光學平面鏡改變光路經實驗水箱底部入射到實驗水箱，形成激光平面，有機玻璃實驗水箱中的信息被高速攝像機捕獲，并將數據保存。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：

(1)采用有機玻璃制作實驗本體，既提供了近似剛性的實驗體，又可提供研究內部液面的高透明度，為高速攝像機的拍攝提供條件；

(2)靈活的底部打光方式，有效的降低了由激光穿過氣液交界面折射產生的實驗誤差；

(3)實驗裝置采用角鋼材料，其結構特征穩定結構簡單，可提供穩定的工作環境；

(4)可用于艦船等受波浪抨擊的實驗研究；

(5)裝置設計簡單，容易加工，價格低廉。

附圖說明

圖1是本發明的整體結構示意圖；

圖2a是本發明的實驗本體示意圖；

圖2b是圖2a的局部放大圖；

圖3是本發明的可調式打光裝置示意圖。