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一种模拟海洋环境下管柱流固耦合动实验装置

阅读:962发布:2023-02-07

专利汇可以提供一种模拟海洋环境下管柱流固耦合动实验装置专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本实用新型涉及一种模拟海洋环境 下管 柱流固耦合动 力 实验装置,它包括一号 水 箱、 离心 泵 、脉动泵、实验管柱、二号水箱、微型激振器、动态应变片、 压力脉动 传感器 、张紧装置、动力装置、动态应变仪、动态压力采集仪和上位机。一号水箱底部通过管道分别与 离心泵 和脉动泵的一端连通,离心泵和脉动泵的另一端均经第一软管和球铰与实验管柱连通,实验管柱底端经 连接杆 与微型激振器连接,实验管柱上设置有动态应变片和压力脉动传感器,实验管柱的顶端穿过漂浮平台分别与第二软管一端和张紧装置连通,第二软管另一端与一号水箱连通。二号水箱顶端的一侧设置有动力装置,动态应变片和压力脉动传感器分别经动态应变仪和动态压力采集仪与上位机电连接。,下面是一种模拟海洋环境下管柱流固耦合动实验装置专利的具体信息内容。

1.一种模拟海洋环境下管柱流固耦合动实验装置,其特征在于:它包括一号箱、离心、脉动泵、第一软管、球铰、实验管柱、二号水箱、微型激振器、动态应变片、压力脉动传感器、漂浮平台、第二软管、张紧装置、动力装置、动态应变仪、动态压力采集仪和上位机;所述一号水箱底部通过管道分别与所述离心泵和所述脉动泵的一端连通,所述离心泵和所述脉动泵的另一端均与所述第一软管一端连通,所述第一软管另一端经所述球铰与所述实验管柱连通,所述实验管柱底端经穿过所述二号水箱侧壁连接杆与所述微型激振器连接,所述实验管柱上设置有所述动态应变片和所述压力脉动传感器,所述实验管柱的顶端穿过所述漂浮平台分别与所述第二软管一端和所述张紧装置连通,所述第二软管的另一端与所述一号水箱连通;所述二号水箱顶端的一侧设置有所述动力装置,所述动态应变片与所述动态应变仪电连接,所述压力脉动传感器与所述动态压力采集仪电连接,所述动态应变仪和所述动态压力采集仪均与所述上位机电连接。
2.如权利要求1所述的一种模拟海洋环境下管柱流固耦合动力实验装置,其特征在于:
所述动力装置由扇叶、电动机和动力控制器构成,所述扇叶与所述电动机连接,所述电动机与所述动力控制器电连接。
3.如权利要求1所述的一种模拟海洋环境下管柱流固耦合动力实验装置,其特征在于:
所述实验管柱的底端设置有第一压力脉动传感器,所述实验管柱距底端三分之一高度处设置有第二压力脉动传感器,所述实验管柱的顶端设置有第三压力脉动传感器;三个所述压力脉动传感器均穿过所述实验管柱侧壁,所述压力脉动传感器一端通过信号收线与所述动态压力采集仪电连接,所述压力脉动传感器另一端设置在所述实验管柱内,所述压力传感器的外部用防水胶带包裹。
4.如权利要求1所述的一种模拟海洋环境下管柱流固耦合动力实验装置,其特征在于:
所述实验管柱上设置有五个所述动态应变片,五个所述动态应变片均匀设置在所述实验管柱上;五个所述动态应变片均贴于所述实验管柱外侧,并且五个所述动态应变片外侧也粘贴有防水胶带。
5.如权利要求1所述的一种模拟海洋环境下管柱流固耦合动力实验装置,其特征在于:
所述球铰由球铰咬合器、底部球铰、第三软管、管柱托板和管道连接器构成;所述球铰咬合器固定设置在所述二号水箱底部,所述底部球铰嵌入所述球铰咬合器中,所述第三软管贯穿所述球铰咬合器、所述底部球铰和所述管柱托板,所述第三软管上端通过橡胶垫与所述实验管柱一端连通,所述第三软管下端通过所述管道连接器与所述第一软管一端连通。
6.如权利要求1所述的一种模拟海洋环境下管柱流固耦合动力实验装置,其特征在于:
所述张紧装置由支架弹簧、螺旋钻杆和旋转盘构成;所述支架设置为U型结构,所述支架的两端与所述漂浮平台连接,所述实验管柱穿过所述漂浮平台与所述弹簧连接一端,所述弹簧的另一端与所述螺旋钻杆一端连接,所述螺旋钻杆另一端穿过所述支架与所述旋转盘固定连接,所述旋转盘上设置有刻度。
7.如权利要求1所述的一种模拟海洋环境下管柱流固耦合动力实验装置,其特征在于:
所述第一软管上依次设置有节流和流量计。
8.如权利要求1或6所述的一种模拟海洋环境下管柱流固耦合动力实验装置,其特征在于:所述漂浮平台采用工字型结构;所述实验管柱设置为曲线形状。
9.如权利要求1所述的一种模拟海洋环境下管柱流固耦合动力实验装置,其特征在于:
所述实验管柱和所述一号水箱之间的所述第二软管上设置有电液比例阀

说明书全文

一种模拟海洋环境下管柱流固耦合动实验装置

技术领域

[0001] 本实用新型涉及一种实验装置,特别是关于一种在海洋领域中使用的模拟海洋环境下管柱流固耦合动力实验装置。

背景技术

[0002] 目前,对海洋管柱流固耦合动力测试的实验装置还处于初始研究阶段,尚未有较为普及的设备模拟海洋环境下的管内流体与管柱流固耦合动力特性。已有的管柱流固耦合实验装置采用离心和脉动泵作为管内流体流动的驱动力,实验管柱设计为直立的直管,两端用软管连接,端位于软管部分。这类管柱流固耦合实验装置未考虑管柱在海洋波流力作用下的弯曲效应,同时也没有考虑对于实验管柱两端的连接方式,无法对海洋环境下流固耦合动力特性进行测试。因此,提供一种结构稳定,模拟准确,测试数据方便的装置是模拟深管柱流固耦合动力试验亟待解决的问题。发明内容
[0003] 针对上述问题,本实用新型的目的是提供一种模拟海洋环境下管柱流固耦合动力实验装置,其结构稳定、测试数据方便准确、成本低。
[0004] 为实现上述目的,本实用新型采取以下技术方案:一种模拟海洋环境下管柱流固耦合动力实验装置,其特征在于它包括一号水箱、离心泵、脉动泵、第一软管、球铰、实验管柱、二号水箱、微型激振器、动态应变片、压力脉动传感器、漂浮平台、第二软管、张紧装置、动力装置、动态应变仪、动态压力采集仪和上位机;所述一号水箱底部通过管道分别与所述离心泵和所述脉动泵的一端连通,所述离心泵和所述脉动泵的另一端均与所述第一软管一端连通,所述第一软管另一端经所述球铰与所述实验管柱连通,所述实验管柱底端经穿过所述二号水箱侧壁连接杆与所述微型激振器连接,所述实验管柱上设置有所述动态应变片和所述压力脉动传感器,所述实验管柱的顶端穿过所述漂浮平台分别与所述第二软管一端和所述张紧装置连通,所述第二软管的另一端与所述一号水箱连通;所述二号水箱顶端的一侧设置有所述动力装置,所述动态应变片与所述动态应变仪电连接,所述压力脉动传感器与所述动态压力采集仪电连接,所述动态应变仪和所述动态压力采集仪均与所述上位机电连接。
[0005] 优选地,所述动力装置由扇叶、电动机和动力控制器构成,所述扇叶与所述电动机连接,所述电动机与所述动力控制器电连接。
[0006] 优选地,所述实验管柱的底端设置有第一压力脉动传感器,所述实验管柱距底端三分之一高度处设置有第二压力脉动传感器,所述实验管柱的顶端设置有第三压力脉动传感器;三个所述压力脉动传感器均穿过所述实验管柱侧壁,所述压力脉动传感器一端通过信号收线与所述动态压力采集仪电连接,所述压力脉动传感器另一端设置在所述实验管柱内,所述压力传感器的外部用防水胶带包裹。
[0007] 优选地,所述实验管柱上设置有五个所述动态应变片,五个所述动态应变片均匀设置在所述实验管柱上;五个所述动态应变片均贴于所述实验管柱外侧,并且五个所述动态应变片外侧也粘贴有防水胶带。
[0008] 优选地,所述球铰由球铰咬合器、底部球铰、第三软管、管柱托板和管道连接器构成;所述球铰咬合器固定设置在所述二号水箱底部,所述底部球铰嵌入所述球铰咬合器中,所述第三软管贯穿所述球铰咬合器、所述底部球铰和所述管柱托板,所述第三软管上端通过橡胶垫与所述实验管柱一端连通,所述第三软管下端通过所述管道连接器与所述第一软管一端连通。
[0009] 优选地,所述张紧装置由支架弹簧、螺旋钻杆和旋转盘构成;所述支架设置为U型结构,所述支架的两端与所述漂浮平台连接,所述实验管柱穿过所述漂浮平台与所述弹簧连接一端,所述弹簧的另一端与所述螺旋钻杆一端连接,所述螺旋钻杆另一端穿过所述支架与所述旋转盘固定连接,所述旋转盘上设置有刻度。
[0010] 优选地,所述第一软管上依次设置有节流阀和流量计。
[0011] 优选地,所述漂浮平台采用工字型结构;所述实验管柱设置为曲线形状。
[0012] 优选地,所述实验管柱和所述一号水箱之间的所述第二软管上设置有电液比例阀
[0013] 本实用新型由于采取以上技术方案,其具有以下优点:1、本实用新型采用的对实验管柱两端的连接方式,可实现对复杂输流管柱动力特性进行测试。2、本实用新型的实验管柱采用弯曲结构,考虑了实验管柱在海洋波流力作用下的弯曲效应。3、本实用新型采用模拟海洋环境下管柱流固耦合动力实验装置,结构稳定,易于拆装,造价低廉。4、本实用新型采用模拟海洋环境下管柱流固耦合动力实验装置,能满足管柱在海洋中各种工况下的动力实验。附图说明
[0014] 图1是本实用新型的整个实验装置俯视结构示意图;
[0015] 图2是图1的右侧剖视图;
[0016] 图3是图1的前侧剖视图;
[0017] 图4是本实用新型中球铰结构示意图;
[0018] 图5是本实用新型中压力脉动传感器安装结构示意图;
[0019] 图6是本实用新型中张紧装置结构示意图。

具体实施方式

[0020] 下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细的描述。
[0021] 如图1~图3所示,本实用新型提供一种模拟海洋环境下管柱流固耦合动力实验装置,其包括一号水箱1、离心泵2、脉动泵3、第一软管4、节流阀5、流量计6、球铰7、实验管柱8、二号水箱9、连接杆10、微型激振器11、动态应变片12、压力脉动传感器、漂浮平台13、第二软管14、张紧装置15、动力装置、动态应变仪16、动态压力采集仪17和上位机18。一号水箱1底部通过管道分别与离心泵2和脉动泵3的一端连通,离心泵2和脉动泵3的另一端均与第一软管4一端连通,并通过第一软管4将两种不同流动形式的流体汇合到一起,第一软管4上依次设置有节流阀5和流量计6,通过节流阀5控制流体流量和压强,通过流量计6测量第一软管4内流体的流速,第一软管4另一端经球铰7与实验管柱8连通,通过球铰7将实验管柱8底端固定在二号水箱9的底部,实验管柱8设置为曲线形状,实验管柱8底端经穿过二号水箱9侧壁的连接杆10与微型激振器11连接,实验管柱8上设置有动态应变片12和压力脉动传感器,用于测量在模拟海洋环境下,流体对激振、脉动流的动态响应。实验管柱8的顶端穿过漂浮平台13分别与第二软管14一端和张紧装置15连通,第二软管14的另一端与一号水箱1连通,实现整个实验装置的流体循环。二号水箱9顶端的一侧设置有动力装置,用于模拟载对平台漂移和海洋环境,动态应变片12与动态应变仪16电连接,压力脉动传感器与动态压力采集仪17电连接,动态应变仪16和动态压力采集仪17均与上位机18电连接,用于将收集到的数据传输至上位机18,在上位机18内对流体压力流速时程和实验管柱8应变时程进行分析,显示出在1s以内动态响应的变化。
[0022] 上述实施例中,动力装置由扇叶19、电动机20和动力控制器构成。扇叶19与电动机20连接,电动机20与动力控制器电连接,用于控制电动机20的转速,进而控制动力装置的风速。
[0023] 上述各实施例中,实验管柱8的底端设置有第一压力脉动传感器21,实验管柱8距底端三分之一高度处设置有第二压力脉动传感器22,实验管柱8的顶端设置有第三压力脉动传感器23。如图4所示,三个压力脉动传感器均穿过实验管柱8侧壁,压力脉动传感器一端通过信号接收线24与动态压力采集仪17电连接,压力脉动传感器另一端设置在实验管柱8内,压力传感器的外部用防水胶带25包裹。
[0024] 上述各实施例中,实验管柱8上设置有五个动态应变片12,五个动态应变片12均匀设置在实验管柱8上。五个动态应变片12均贴于实验管柱8外侧,并且五个动态应变片12外侧也粘贴有防水胶带25。
[0025] 上述各实施例中,如图5所示,球铰7由球铰咬合器26、底部球铰27、第三软管28、管柱托板29和管道连接器30构成。球铰咬合器26固定设置在二号水箱9底部,底部球铰27嵌入球铰咬合器26中,第三软管28贯穿球铰咬合器26、底部球铰27和管柱托板29,第三软管28上端通过橡胶垫31与实验管柱8一端连通,第三软管28下端通过管道连接器30与第一软管4一端连通。
[0026] 上述各实施例中,如图6所示,张紧装置15由支架32、弹簧33、螺旋钻杆34和旋转盘35构成。支架32设置为U型结构,支架32的两端与漂浮平台13连接,实验管柱8穿过漂浮平台
13与弹簧33连接一端,弹簧33的另一端与螺旋钻杆34一端连接,螺旋钻杆34另一端穿过支架32与旋转盘35固定连接,旋转盘35上设置有刻度。转动旋转盘35,进而带动螺旋钻杆34向上运动,从而使弹簧产生向上的提升力,使实验管柱8受到张紧力。
[0027] 上述各实施例中,微型激振器11设置在一号水箱1和二号水箱9之间的位置处。
[0028] 上述各实施例中,漂浮平台13采用工字型结构。
[0029] 上述各实施例中,二号水箱9的底部设置有支撑装置36。
[0030] 上述各实施例中,实验管柱8和一号水箱1之间的第二软管14上设置有电液比例阀37。
[0031] 基于上述装置,本实用新型还提供一种模拟海洋环境下管柱固耦合动力实验装置的使用方法,其具体步骤如下:
[0032] 1)根据实验要求选取实验管柱8粗细长度,安装五个动态应变片12及三个动态压力脉动仪,连接球铰7及上端漂移平台29;
[0033] 2)在二号水箱9中注入实验管柱8长度三分之二深度的水并检查阀门是否关闭;
[0034] 3)打开阀门,转动螺旋钻杆34使张紧装置15产生张紧力,打开动力装置并调节相应风速;
[0035] 4)调节节流阀5、脉动泵3,使管内流体以一定流速压力的脉动形式流动,打开上位机18,观测管内流体压力及管外应变变化趋势;
[0036] 5)调节微型激振器11,使其有一定激振力作用,通过信息采集在上位机18上观测管柱内流体压力、流速及应力变化。
[0037] 上述各实施例仅用于说明本实用新型,各部件的结构、尺寸、设置位置及形状都是可以有所变化的,在本实用新型技术方案的基础上,凡根据本实用新型原理对个别部件进行的改进和等同变换,均不应排除在本实用新型的保护范围之外。
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