[發(fā)明專利]一種高壓海底電纜水動(dòng)力系數(shù)測(cè)量裝置及其測(cè)量方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110579488.8
• 申請(qǐng)日: 2021-05-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113514224B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-10-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉楨;梁旭;孔令澎;員來(lái)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): G01M10/00
• 分類號(hào): G01M10/00
• 代理公司: 杭州浙科專利事務(wù)所(普通合伙) 33213
• 代理人: 吳昌榀

1.一種高壓海底電纜水動(dòng)力系數(shù)測(cè)量裝置，其特征在于包括

吊掛組件，所述吊掛組件包括第一吊掛繩(1)和若干第二吊掛繩(6)，吊掛組件用以對(duì)試驗(yàn)件(2)進(jìn)行吊掛；

強(qiáng)迫振動(dòng)驅(qū)動(dòng)組件(3)，所述強(qiáng)迫振動(dòng)驅(qū)動(dòng)組件(3)與第一吊掛繩(1)配合連接，其通過(guò)第一吊掛繩(1)與試驗(yàn)件(2)連接，并用以驅(qū)動(dòng)試驗(yàn)件(2)在垂直方向上運(yùn)動(dòng)；

線位移傳感器(4)，所述線位移傳感器(4)用以采集試驗(yàn)件(2)的位移數(shù)據(jù)；

系泊組件，所述系泊組件包括第一系泊繩(9)、若干第二系泊繩(10)和第二緩沖彈簧(11)，所述第一系泊繩(9)一端用以系泊，另一端用以與第二緩沖彈簧(11)配合連接，所述第二緩沖彈簧(11)用以與所述若干第二系泊繩(10)配合連接，所述若干第二系泊繩(10)用以與試驗(yàn)件(2)配合連接；以及

拉力傳感器，所述拉力傳感器用以采集試驗(yàn)件(2)所受到的水動(dòng)力，所述拉力傳感器包括第一拉力傳感器(5)和第二拉力傳感器(8)，所述第一吊掛繩(1)通過(guò)設(shè)置的第一緩沖彈簧(7)與第一拉力傳感器(5)配合連接，第一拉力傳感器(5)用以與所述若干第二吊掛繩(6)配合連接，所述若干第二吊掛繩(6)用以吊掛試驗(yàn)件(2)，所述第二緩沖彈簧(11)通過(guò)第二拉力傳感器(8)與所述若干第二系泊繩(10)配合連接。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高壓海底電纜水動(dòng)力系數(shù)測(cè)量裝置，其特征在于所述線位移傳感器(4)通過(guò)設(shè)置的延長(zhǎng)線(12)與試驗(yàn)件(2)連接。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高壓海底電纜水動(dòng)力系數(shù)測(cè)量裝置，其特征在于所述強(qiáng)迫振動(dòng)驅(qū)動(dòng)組件(3)包括用以卷繞第一吊掛繩(1)的卷筒(300)和用以驅(qū)動(dòng)卷筒(300)旋轉(zhuǎn)的電機(jī)(301)，所述電機(jī)(301)能夠正反轉(zhuǎn)。

4.一種如權(quán)利要求1-3中任一所述高壓海底電纜水動(dòng)力系數(shù)測(cè)量裝置的測(cè)量方法，其特征在于，包括

步驟一：通過(guò)強(qiáng)迫振動(dòng)驅(qū)動(dòng)組件(3)帶動(dòng)試驗(yàn)件(2)在垂直方向上以定值做迎流運(yùn)動(dòng)，通過(guò)拉力傳感器采集試驗(yàn)件(2)的垂直方向上受到的總阻力，根據(jù)試驗(yàn)件(2)原型尺寸測(cè)量并獲取試驗(yàn)件(2)在垂直方向上的迎流面積，通過(guò)莫里森公式計(jì)算得到試驗(yàn)件(2)在垂直方向上的阻力系數(shù)；

步驟二：通過(guò)強(qiáng)迫振動(dòng)驅(qū)動(dòng)組件(3)帶動(dòng)試驗(yàn)件(2)在垂直方向上做正弦振蕩運(yùn)動(dòng)，通過(guò)線位移傳感器(4)采集試驗(yàn)件(2)的位移數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)位移曲線進(jìn)行二階求導(dǎo)得到試驗(yàn)件(2)在垂直方向上的加速度，通過(guò)拉力傳感器實(shí)時(shí)采集不同時(shí)刻試驗(yàn)件(2)受到的總阻力，再結(jié)合莫里森方程計(jì)算出慣性力系數(shù)和附加質(zhì)量系數(shù)。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種高壓海底電纜水動(dòng)力系數(shù)測(cè)量方法，其特征在于所述步驟一的具體測(cè)量過(guò)程：通過(guò)強(qiáng)迫振動(dòng)驅(qū)動(dòng)組件帶動(dòng)試驗(yàn)件(2)在垂直方向上以定值v_r做迎流運(yùn)動(dòng)，通過(guò)拉力傳感器采集試驗(yàn)件(2)的垂直方向上受到的總阻力F_D，根據(jù)試驗(yàn)件(2)原型尺寸測(cè)量并獲取試驗(yàn)件(2)在垂直方向上的迎流面積A_p，通過(guò)莫里森公式拖曳力項(xiàng)F_D＝0.5ρC_DA_pv_r²計(jì)算得到試驗(yàn)件(2)在垂直方向上的阻力系數(shù)C_D，其中ρ為流體密度。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種高壓海底電纜水動(dòng)力系數(shù)測(cè)量方法，其特征在于所述步驟二的具體測(cè)量過(guò)程：通過(guò)強(qiáng)迫振動(dòng)驅(qū)動(dòng)組件(3)帶動(dòng)試驗(yàn)件(2)在垂直方向上做速度v_r＝Asinωt的正弦振蕩運(yùn)動(dòng)，其中A為電纜試樣的運(yùn)動(dòng)速度幅值，ω為振蕩角頻率，通過(guò)線位移傳感器(4)采集試驗(yàn)件(2)的位移數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)位移曲線進(jìn)行二階求導(dǎo)得到試驗(yàn)件(2)在垂直方向上的加速度為a_r＝Aωcosωt，通過(guò)拉力傳感器實(shí)時(shí)采集不同時(shí)刻t試驗(yàn)件(2)受到的總阻力F_Zt，再根據(jù)莫里森方程可計(jì)算得到慣性力系數(shù)為再根據(jù)附加質(zhì)量系數(shù)C_m＝C_M-1計(jì)算出C_m數(shù)值，其中特征尺寸V₀為試驗(yàn)件(2)的體積。