[發明專利]模擬水射流消除潛體坐底吸附效應的試驗系統及試驗方法

有效

• 申請號: 202111360146.3
• 申請日: 2021-11-17
• 公開（公告）號: CN114001921B
• 公開（公告）日: 2023-07-28
• 發明（設計）人: 張浩;張東京;王永軍;張震;許鋒煒
• 申請（專利權）人: 中國船舶科學研究中心
• 主分類號: G01M10/00
• 分類號: G01M10/00
• 代理公司: 無錫華源專利商標事務所(普通合伙) 32228
• 代理人: 嚴梅芳

1.一種模擬水射流消除潛體坐底吸附效應的試驗系統，其特征在于：包括射流控制模塊（1）和物理試驗模塊（2），所述物理試驗模塊（2）內安裝有扁平狀射流噴嘴（3）與低擾動注水模塊（4），

射流控制模塊（1）的結構為：包括蓄能艙（102），所述蓄能艙（102）的輸出端連接有兩根并聯的管路，單根管路上依次串聯有電磁閥（105）、高精度流量控制閥（106）、流量計（107）、流速調試管路閥門（108）和供水閥門（109）；還包括蓄水池（101），所述蓄水池（101）的輸出端通過管路并聯有三組變頻泵組（103），其中一個變頻泵組（103）與蓄能艙（102）直接連接，另外兩個變頻泵組（103）分別通過支路與電磁閥（105）前段的管路連通，每根支路上安裝有手動截止閥（104）；

物理試驗模塊（2）的結構為：包括試驗水槽（201），所述試驗水槽（201）內放置試驗水體（212），試驗水槽（201）內底部為模擬沉積物（203），模擬沉積物（203）上方放置有潛體方箱（202），潛體方箱（202）的一旁通過防沖擊板（213）安裝有低擾動注水模塊（4），所述低擾動注水模塊（4）連接供水管線（214），所述潛體方箱（202）的頂部安裝有上浮頂子（210），所述上浮頂子（210）的頂面中間位置安裝分力儀（209），分力儀（209）頂面依次安裝有微調螺桿（208）、調距螺桿（207）、頂部調距旋鈕（206）和微調旋鈕（205）；

供水閥門（109）出口處的管路與扁平狀射流噴嘴（3）連接；

扁平狀射流噴嘴（3）在潛體方箱（202）底部實現水平射流造流，扁平狀射流噴嘴（3）的結構為：包括入口段（301）、擴散穩定段（302）、水平射流段（303）和坡腳扁平射流通道（304），所述入口段（301）成圓柱體結構，所述入口段（301）的底部延伸有擴散穩定段（302），擴散穩定段（302）的底部設置有與擴散穩定段（302）垂直的水平射流段（303），水平射流段（303）的端面為坡腳扁平射流通道（304），坡腳扁平射流通道（304）設置有坡度。

2.如權利要求1所述的模擬水射流消除潛體坐底吸附效應的試驗系統，其特征在于：所述蓄能艙（102）頂部的兩根管路上均安裝有開關閥。

3.如權利要求1所述的模擬水射流消除潛體坐底吸附效應的試驗系統，其特征在于：所述微調螺桿（208）、調距螺桿（207）、頂部調距旋鈕（206）和微調旋鈕（205）同心安裝。

4.如權利要求1所述的模擬水射流消除潛體坐底吸附效應的試驗系統，其特征在于：所述頂部調距旋鈕（206）和微調旋鈕（205）安裝在試驗水槽（201）的頂部支撐架的外側。

5.如權利要求1所述的模擬水射流消除潛體坐底吸附效應的試驗系統，其特征在于：所述試驗水槽（201）的前端面為透光玻璃（211）。

6.如權利要求1所述的模擬水射流消除潛體坐底吸附效應的試驗系統，其特征在于：扁平狀射流噴嘴（3）對稱布置有一對。

7.如權利要求1所述的模擬水射流消除潛體坐底吸附效應的試驗系統，其特征在于：潛體方箱（202）內部設置有多個探針（204）。

8.如權利要求1所述的模擬水射流消除潛體坐底吸附效應的試驗系統，其特征在于：低擾動注水模塊（4）為一體式結構，其具體結構為：包括注入段（401）、反溢空腔（402）和反溢孔（403），注入段（401）呈空心圓柱體結構，注入段（401）的下方外部設置有環形結構，在環形結構的內部設置有多個均勻分布的反溢空腔（402），在垂直方向上的反溢空腔（402）通過反溢孔（403）連接，位于最頂面的反溢孔（403）即為出水孔。

9.一種如權利要求1所述的模擬水射流消除潛體坐底吸附效應的試驗系統的試驗方法，其特征在于：包括如下操作步驟：

第一步：完成模擬沉積物（203）土壤配比，并鋪于試驗水槽（201）內指定高度，向試驗水槽（201）內注入水，保證模擬沉積物（203）處于欠飽和狀態；

第二步：待模擬沉積物（203）沉降穩定后，通過在潛體方箱（202）內預制配重塊，完成不同浮重比的潛體方箱（202）制備，將潛體方箱（202）置于模擬沉積物（203）中心處，上部通過旋轉頂部調距旋鈕（206）和微調旋鈕（205）實現調距螺桿（207）和微調螺桿（208）伸縮，完成上浮頂子（210）的垂向位移調整與微調，使潛體方箱（202）壓入模擬沉積物（203）中；

第三步：完成防沖擊板（213）與低擾動注水模塊（4）的安裝并接好注水管線，啟動注水系統，向試驗水槽（201）內注入水，直至達到預定水位線；

第四步：接通探針（204），對探針（204）信號進行調試和檢測，確保傳感器無故障，完成試驗準備工作；

第五步，定常射流調試制備：關閉供水閥門（109），打開流速調試管路閥門（108），關閉電磁閥（105），啟動變頻泵組（103），將蓄水池（101）內水泵入蓄能艙（102）達到預設壓力，啟動電磁閥（105），啟動流量計（107）監測管內流量變化，通過流量計（107）反饋信號控制高精度流量控制閥（106）調節，達到預期流量后，記錄高精度流量控制閥（106）開度與蓄能艙（102）水壓力值；

第六步，定常射流使用制備：關閉電磁閥（105），啟動變頻泵組（103），將蓄水池（101）內水泵入蓄能艙（102）達到預定壓力，關閉流速調試管路閥門（108），打開供水閥門（109），調節高精度流量控制閥（106）達到預定開度，利用計算機信號同時啟動兩條供水管路的電磁閥（105）實現兩噴嘴同時通流量供水，實現定常射流；

第七步，脈沖射流調試制備：關閉供水閥門（109），打開流速調試管路閥門（108），打開電磁閥（105），啟動變頻泵組（103），調試變頻泵組（103）轉速或執行間斷性泵水作業，實現脈沖式水流供給，同時配合流量計（107）監測流量脈沖波動數據，同步實時調節高精度流量控制閥（106），最終獲得預想的脈沖射流；

第八步，脈沖射流使用制備：打開供水閥門（109），關閉流速調試管路閥門（108），打開電磁閥（105），按照調試參數預先設置變頻泵組（103）控制參數，啟動變頻泵組（103），實現脈沖式水流供給，同時配合流量計（107）監測流量脈沖波動數據，同步實時調節高精度流量控制閥（106），實現脈沖射流；

第九步：同步啟動含水飽和度監測，獲取潛體方箱底部實時含水飽和度變化過程，同時啟動上浮頂子（210）頂部的分力儀（209），實時采集潛體方箱浮力恢復情況，完成試驗。