模擬海洋環境下管柱流固耦合動力實驗裝置及使用方法制造方法及圖紙

本發明專利技術涉及一種模擬海洋環境下管柱流固耦合動力實驗裝置及使用方法，它包括一號水箱、離心泵、脈動泵、實驗管柱、二號水箱、微型激振器、動態應變片、壓力脈動傳感器、張緊裝置、動力裝置、動態應變儀、動態壓力采集儀和上位機。一號水箱底部通過管道分別與離心泵和脈動泵的一端連通，離心泵和脈動泵的另一端均經第一軟管和球鉸與實驗管柱連通，實驗管柱底端經連接桿與微型激振器連接，實驗管柱上設置有動態應變片和壓力脈動傳感器，實驗管柱的頂端穿過漂浮平臺分別與第二軟管一端和張緊裝置連通，第二軟管另一端與一號水箱連通。二號水箱頂端的一側設置有動力裝置，動態應變片和壓力脈動傳感器分別經動態應變儀和動態壓力采集儀與上位機電連接。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種實驗裝置及使用方法，特別是關于一種在海洋領域中使用的模擬海洋環境下管柱流固耦合動力實驗裝置及使用方法。
技術介紹
目前，對海洋管柱流固耦合動力測試的實驗裝置還處于初始研究階段，尚未有較為普及的設備模擬海洋環境下的管內流體與管柱流固耦合動力特性。已有的管柱流固耦合實驗裝置采用離心泵和脈動泵作為管內流體流動的驅動力，實驗管柱設計為直立的直管，兩端用軟管連接，閥門端位于軟管部分。這類管柱流固耦合實驗裝置未考慮管柱在海洋波流力作用下的彎曲效應，同時也沒有考慮對于實驗管柱兩端的連接方式，無法對海洋環境下流固耦合動力特性進行測試。因此，提供一種結構穩定，模擬準確，測試數據方便的裝置是模擬深水管柱流固耦合動力試驗亟待解決的問題。
技術實現思路
針對上述問題，本專利技術的目的是提供一種模擬海洋環境下管柱流固耦合動力實驗裝置及使用方法，其結構穩定、測試數據方便準確、成本低。為實現上述目的，本專利技術采取以下技術方案：一種模擬海洋環境下管柱流固耦合動力實驗裝置，其特征在于它包括一號水箱、離心泵、脈動泵、第一軟管、球鉸、實驗管柱、二號水箱、微型激振器、動態應變片、壓力脈動傳感器、漂浮平臺、第二軟管、張緊裝置、動力裝置、動態應變儀、動態壓力采集儀和上位機；所述一號水箱底部通過管道分別與所述離心泵和所述脈動泵的一端連通，所述離心泵和所述脈動泵的另一端均與所述第一軟管一端連通，所述第一軟管另一端經所述球鉸與所述實驗管柱連通，所述實驗管柱底端經穿過所述二號水箱側壁的連接桿與所述微型激振器連接，所述實驗管柱上設置有所述動態應變片和所述壓力脈動傳感器，所述實驗管柱的頂端穿過所述漂浮平臺分別與所述第二軟管一端和所述張緊裝置連通，所述第二軟管的另一端與所述一號水箱連通；所述二號水箱頂端的一側設置有所述動力裝置，所述動態應變片與所述動態應變儀電連接，所述壓力脈動傳感器與所述動態壓力采集儀電連接，所述動態應變儀和所述動態壓力采集儀均與所述上位機電連接。優選地，所述動力裝置由扇葉、電動機和動力控制器構成，所述扇葉與所述電動機連接，所述電動機與所述動力控制器電連接。優選地，所述實驗管柱的底端設置有第一壓力脈動傳感器，所述實驗管柱距底端三分之一高度處設置有第二壓力脈動傳感器，所述實驗管柱的頂端設置有第三壓力脈動傳感器；三個所述壓力脈動傳感器均穿過所述實驗管柱側壁，所述壓力脈動傳感器一端通過信號接收線與所述動態壓力采集儀電連接，所述壓力脈動傳感器另一端設置在所述實驗管柱內，所述壓力傳感器的外部用防水膠帶包裹。優選地，所述實驗管柱上設置有五個所述動態應變片，五個所述動態應變片均勻設置在所述實驗管柱上；五個所述動態應變片均貼于所述實驗管柱外側，并且五個所述動態應變片外側也粘貼有防水膠帶。優選地，所述球鉸由球鉸咬合器、底部球鉸、第三軟管、管柱托板和管道連接器構成；所述球鉸咬合器固定設置在所述二號水箱底部，所述底部球鉸嵌入所述球鉸咬合器中，所述第三軟管貫穿所述球鉸咬合器、所述底部球鉸和所述管柱托板，所述第三軟管上端通過橡膠墊與所述實驗管柱一端連通，所述第三軟管下端通過所述管道連接器與所述第一軟管一端連通。優選地，所述張緊裝置由支架、彈簧、螺旋鉆桿和旋轉盤構成；所述支架設置為U型結構，所述支架的兩端與所述漂浮平臺連接，所述實驗管柱穿過所述漂浮平臺與所述彈簧連接一端，所述彈簧的另一端與所述螺旋鉆桿一端連接，所述螺旋鉆桿另一端穿過所述支架與所述旋轉盤固定連接，所述旋轉盤上設置有刻度。優選地，所述第一軟管上依次設置有節流閥和流量計。優選地，所述漂浮平臺采用工字型結構；所述實驗管柱設置為曲線形狀。優選地，所述實驗管柱和所述一號水箱之間的所述第二軟管上設置有電液比例閥。一種模擬海洋環境下管柱流固耦合動力實驗裝置使用方法，其特征在于它包括以下步驟：1)根據實驗要求選取實驗管柱粗細長度，安裝五個動態應變片及三個動態壓力脈動儀，連接球鉸及上端漂移平臺；2)在二號水箱中注入實驗管柱長度三分之二深度的水并檢查閥門是否關閉；3)打開閥門，轉動螺旋鉆桿使張緊裝置產生張緊力，打開動力裝置并調節相應風速；4)調節節流閥、脈動泵,使管內流體以一定流速壓力的脈動形式流動，打開上位機，觀測管內流體壓力及管外應變變化趨勢；5)調節微型激振器，使其有一定激振力作用，通過信息采集在上位機上觀測管柱內流體壓力、流速及應力變化。本專利技術由于采取以上技術方案，其具有以下優點：1、本專利技術采用的對實驗管柱兩端的連接方式，可實現對復雜輸流管柱動力特性進行測試。2、本專利技術的實驗管柱采用彎曲結構，考慮了實驗管柱在海洋波流力作用下的彎曲效應。3、本專利技術采用模擬海洋環境下管柱流固耦合動力實驗裝置，結構穩定，易于拆裝，造價低廉。4、本專利技術采用模擬海洋環境下管柱流固耦合動力實驗裝置，能滿足管柱在海洋中各種工況下的動力實驗。附圖說明圖1是本專利技術的整個實驗裝置俯視結構示意圖；圖2是圖1的右側剖視圖；圖3是圖1的前側剖視圖；圖4是本專利技術中球鉸結構示意圖；圖5是本專利技術中壓力脈動傳感器安裝結構示意圖；圖6是本專利技術中張緊裝置結構示意圖。具體實施方式下面結合附圖和實施例對本專利技術進行詳細的描述。如圖1～圖3所示，本專利技術提供一種模擬海洋環境下管柱流固耦合動力實驗裝置，其包括一號水箱1、離心泵2、脈動泵3、第一軟管4、節流閥5、流量計6、球鉸7、實驗管柱8、二號水箱9、連接桿10、微型激振器11、動態應變片12、壓力脈動傳感器、漂浮平臺13、第二軟管14、張緊裝置15、動力裝置、動態應變儀16、動態壓力采集儀17和上位機18。一號水箱1底部通過管道分別與離心泵2和脈動泵3的一端連通，離心泵2和脈動泵3的另一端均與第一軟管4一端連通，并通過第一軟管4將兩種不同流動形式的流體匯合到一起，第一軟管4上依次設置有節流閥5和流量計6，通過節流閥5控制流體流量和壓強，通過流量計6測量第一軟管4內流體的流速，第一軟管4另一端經球鉸7與實驗管柱8連通，通過球鉸7將實驗管柱8底端固定在二號水箱9的底部，實驗管柱8設置為曲線形狀，實驗管柱8底端經穿過二號水箱9側壁的連接桿10與微型激振器11連接，實驗管柱8上設置有動態應變片12和壓力脈動傳感器，用于測量在模擬海洋環境下，流體對激振、脈動流的動態響應。實驗管柱8的頂端穿過漂浮平臺13分別與第二軟管14一端和張緊裝置15連通，第二軟管14的另一端與一號水箱1連通，實現整個實驗裝置的流體循環。二號水箱9頂端的一側設置有動力裝置，用于模擬風載對平臺漂移和海洋環境，動態應變片12與動態應變儀16電連接，壓力脈動傳感器與動態壓力采集儀17電連接，動態應變儀16和動態壓力采集儀17均與上位機18電連接，用于將收集到的數據傳輸至上位機18，在上位機18內對流體壓力流速時程和實驗管柱8應變時程進行分析，顯示出在1s以內動態響應的變化。上述實施例中，動力裝置由扇葉19、電動機20和動力控制器構成。扇葉19與電動機20連接，電動機20與動力控制器電連接，用于控制電動機20的轉速，進而控制動力裝置的風速。上述各實施例中，實驗管柱8的底端設置有第一壓力脈動傳感器21，實驗管柱8距底端三分之一高度處設置有第二壓力脈動傳感器22，實驗管柱8的頂端設置有第三壓力脈動傳感器23。如圖4所示，三個壓力脈動傳感器均穿過實驗管柱8側壁本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種模擬海洋環境下管柱流固耦合動力實驗裝置，其特征在于：它包括一號水箱、離心泵、脈動泵、第一軟管、球鉸、實驗管柱、二號水箱、微型激振器、動態應變片、壓力脈動傳感器、漂浮平臺、第二軟管、張緊裝置、動力裝置、動態應變儀、動態壓力采集儀和上位機；所述一號水箱底部通過管道分別與所述離心泵和所述脈動泵的一端連通，所述離心泵和所述脈動泵的另一端均與所述第一軟管一端連通，所述第一軟管另一端經所述球鉸與所述實驗管柱連通，所述實驗管柱底端經穿過所述二號水箱側壁的連接桿與所述微型激振器連接，所述實驗管柱上設置有所述動態應變片和所述壓力脈動傳感器，所述實驗管柱的頂端穿過所述漂浮平臺分別與所述第二軟管一端和所述張緊裝置連通，所述第二軟管的另一端與所述一號水箱連通；所述二號水箱頂端的一側設置有所述動力裝置，所述動態應變片與所述動態應變儀電連接，所述壓力脈動傳感器與所述動態壓力采集儀電連接，所述動態應變儀和所述動態壓力采集儀均與所述上位機電連接。

【技術特征摘要】
1.一種模擬海洋環境下管柱流固耦合動力實驗裝置，其特征在于：它包括一號水箱、離心泵、脈動泵、第一軟管、球鉸、實驗管柱、二號水箱、微型激振器、動態應變片、壓力脈動傳感器、漂浮平臺、第二軟管、張緊裝置、動力裝置、動態應變儀、動態壓力采集儀和上位機；所述一號水箱底部通過管道分別與所述離心泵和所述脈動泵的一端連通，所述離心泵和所述脈動泵的另一端均與所述第一軟管一端連通，所述第一軟管另一端經所述球鉸與所述實驗管柱連通，所述實驗管柱底端經穿過所述二號水箱側壁的連接桿與所述微型激振器連接，所述實驗管柱上設置有所述動態應變片和所述壓力脈動傳感器，所述實驗管柱的頂端穿過所述漂浮平臺分別與所述第二軟管一端和所述張緊裝置連通，所述第二軟管的另一端與所述一號水箱連通；所述二號水箱頂端的一側設置有所述動力裝置，所述動態應變片與所述動態應變儀電連接，所述壓力脈動傳感器與所述動態壓力采集儀電連接，所述動態應變儀和所述動態壓力采集儀均與所述上位機電連接。2.如權利要求1所述的一種模擬海洋環境下管柱流固耦合動力實驗裝置，其特征在于：所述動力裝置由扇葉、電動機和動力控制器構成，所述扇葉與所述電動機連接，所述電動機與所述動力控制器電連接。3.如權利要求1所述的一種模擬海洋環境下管柱流固耦合動力實驗裝置，其特征在于：所述實驗管柱的底端設置有第一壓力脈動傳感器，所述實驗管柱距底端三分之一高度處設置有第二壓力脈動傳感器，所述實驗管柱的頂端設置有第三壓力脈動傳感器；三個所述壓力脈動傳感器均穿過所述實驗管柱側壁，所述壓力脈動傳感器一端通過信號接收線與所述動態壓力采集儀電連接，所述壓力脈動傳感器另一端設置在所述實驗管柱內，所述壓力傳感器的外部用防水膠帶包裹。4.如權利要求1所述的一種模擬海洋環境下管柱流固耦合動力實驗裝置，其特征在于：所述實驗管柱上設置有五個所述動態應變片，五個所述動態應變片均勻設置在所述實驗管柱上；五個所述動態應變片均貼于所述實驗管柱外側，并且五個所述動態應變片外側也粘貼有防水膠帶。5.如權利要求...

【專利技術屬性】
技術研發人員：何玉發，周建良，劉清友，柳軍，高飛，
申請(專利權)人：中國海洋石油總公司，中海油研究總院，
類型：發明
國別省市：北京;11