本實(shí)用新型屬于圍油欄溢油圍控實(shí)驗(yàn)裝置技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種用于圍油欄溢油圍控實(shí)驗(yàn)的波流水槽。

背景技術(shù)：

世界經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展使得石油及其應(yīng)用領(lǐng)域飛速發(fā)展,海洋石油運(yùn)輸迅速增長(zhǎng),增加了海上石油污染的風(fēng)險(xiǎn),海洋正承擔(dān)著巨大的環(huán)境污染損害。世界各國(guó)對(duì)這一問(wèn)題非常重視,國(guó)際上己制定了許多相關(guān)公約和法規(guī),但是目前還沒(méi)有一種有效的方法完全阻止其發(fā)生。這些溢油形成油膜覆蓋在水面上，不但浪費(fèi)了珍貴的石油資源，還會(huì)阻隔水氣交換的過(guò)程，影響到生物鏈循環(huán)，破壞水體的生態(tài)平衡，對(duì)水體生物造成嚴(yán)重的危害。若不及時(shí)處理，會(huì)對(duì)我們的生態(tài)環(huán)境以及人類(lèi)健康帶來(lái)重大的危害。

目前處理溢油大多采用圍油欄圍擋配合收油機(jī)收集的方式圍控。利用波流水槽研究圍油欄水動(dòng)力特性并以此為基礎(chǔ)加以圍油欄結(jié)構(gòu)改進(jìn)是必要而有意義的。波流水槽指的是同時(shí)具備造波、造流能力的功能性水槽，主要進(jìn)行波浪以及水流、與海洋工程建筑物相互作用的斷面模型、局部模型和構(gòu)件模型實(shí)驗(yàn)研究。模型實(shí)驗(yàn)開(kāi)展往往要考慮合適的相似準(zhǔn)則以及縮放比尺，通常的，弗羅德數(shù)相似準(zhǔn)則在模擬圍油欄水動(dòng)力特性時(shí)優(yōu)先考慮?？紤]到溢油實(shí)驗(yàn)的特殊性，典型的溢油失效(如油滴夾帶失效以及臨界累積失效)取決于油、水界面的穩(wěn)定性，而油水界面的失穩(wěn)主要取決于油水相對(duì)密度、油品粘度以及油水界面張力系數(shù)是否滿足開(kāi)爾芬-赫姆霍茲穩(wěn)定條件，與圍油欄的幾何尺寸無(wú)關(guān)，油滴的形成、脫落只能通過(guò)原型實(shí)驗(yàn)來(lái)模擬；油滴越過(guò)圍油欄主要與大尺度渦旋等流場(chǎng)運(yùn)動(dòng)有關(guān)，受到幾何比尺的影響，因此可以考慮弗洛德數(shù)相似準(zhǔn)則來(lái)模擬失效過(guò)程。

在描述圍油欄水動(dòng)力特性的過(guò)程中，波浪參數(shù)以及圍油欄的結(jié)構(gòu)尺寸，按照幾何比尺縮放，而水流條件需要提供相當(dāng)于原型的水力要素。幾何比尺可以根據(jù)造波機(jī)實(shí)際造波能力確定，一般可以滿足。但是造流系統(tǒng)一般很難形成均勻、穩(wěn)定且高流速(約0.5～2節(jié))的流場(chǎng)，這與水槽安置高度，造流泵揚(yáng)程、流量等諸多因素有關(guān)。

在波流水槽開(kāi)展圍油欄溢油圍控測(cè)定實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，水槽水流流量和波浪系統(tǒng)是檢定圍油欄水動(dòng)力以及溢油特性的相當(dāng)關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，對(duì)于定量分析圍油欄水動(dòng)力以及溢油失效機(jī)理具有重要意義。需要解決在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)過(guò)程中模擬現(xiàn)實(shí)波流條件時(shí)流速無(wú)法滿足實(shí)驗(yàn)要求的缺陷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本實(shí)用新型旨在提出一種用于圍油欄溢油圍控實(shí)驗(yàn)的波流水槽，可以方便實(shí)驗(yàn)人員進(jìn)行流速管理和控制，為圍油欄水動(dòng)力性能測(cè)定實(shí)驗(yàn)提供技術(shù)保障。

為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種用于圍油欄溢油圍控實(shí)驗(yàn)的波流水槽，包括水槽和其內(nèi)外安裝的實(shí)驗(yàn)儀器，所述實(shí)驗(yàn)儀器包括數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)和與其連接的流速實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、波高實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、造波系統(tǒng)、造流系統(tǒng)；所述水槽的底部設(shè)置有連接造流系統(tǒng)的造流水泵入水口和造流水泵出水口，所述水槽內(nèi)中部通過(guò)間隔板沿水槽的縱軸平行線分割開(kāi)，所述間隔板與水槽的長(zhǎng)邊平行，所述間隔板一側(cè)的左右兩端均采用漸擴(kuò)張導(dǎo)流板接觸水槽內(nèi)壁進(jìn)行封堵。

進(jìn)一步的，所述水槽為一長(zhǎng)方體容器，材質(zhì)為鋼化玻璃或不銹鋼。

進(jìn)一步的，所述水槽內(nèi)靠近造流水泵入水口的一端也放入片狀消波格柵。

進(jìn)一步的，所述造波系統(tǒng)包括推波板、交流伺服電機(jī)、絲杠和驅(qū)動(dòng)控制器，所述交流伺服電機(jī)與驅(qū)動(dòng)控制器連接，驅(qū)動(dòng)控制器與數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)連接，所述交流伺服電機(jī)的輸出軸通過(guò)絲杠連接推波板，牽引推波板在水槽的左端進(jìn)行前后運(yùn)動(dòng)。

進(jìn)一步的，所述造流系統(tǒng)主要由水泵、水泵控制器、水循環(huán)管道組成，所述水循環(huán)管道設(shè)置在水槽外面，水循環(huán)管道的兩端分別連通造流水泵入水口和造流水泵出水口，所述水泵安裝在水循環(huán)管道上，所述水泵與水泵控制器連接，水泵控制器與數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)連接。

進(jìn)一步的，所述流速實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括流速傳感器，所述流速傳感器安裝在水槽內(nèi)部間隔板前面的試驗(yàn)段的中部。

進(jìn)一步的，所述波高實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括波高傳感器，所述波高傳感器安裝在水槽內(nèi)部間隔板前面的試驗(yàn)段的中部。

進(jìn)一步的，所述數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)包括連接在一起的計(jì)算機(jī)和計(jì)算機(jī)控制接口總成，所述的計(jì)算機(jī)控制接口總成設(shè)有四個(gè)計(jì)算機(jī)控制接口，分別與波高實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、流速實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、造波系統(tǒng)和造流系統(tǒng)相連接。

進(jìn)一步的，所述間隔板的長(zhǎng)度為6～10個(gè)波長(zhǎng)的長(zhǎng)度。

進(jìn)一步的，所述造流水泵出水口處安裝有導(dǎo)流板。

相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)勢(shì)：

(1)利用本實(shí)用新型的波流水槽開(kāi)展圍油欄水動(dòng)力性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)，滿足在模擬現(xiàn)實(shí)波流條件時(shí)流速的實(shí)驗(yàn)要求；

(2)本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)合理。

附圖說(shuō)明

構(gòu)成本實(shí)用新型的一部分的附圖用來(lái)提供對(duì)本實(shí)用新型的進(jìn)一步理解，本實(shí)用新型的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本實(shí)用新型，并不構(gòu)成對(duì)本實(shí)用新型的不當(dāng)限定。在附圖中：

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例所述波流水槽的俯視圖；

圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例所述波流水槽的正視圖。

附圖標(biāo)記說(shuō)明：

1-水槽，2-造流水泵入水口，3-消波格柵，4-水循環(huán)管道，5-水泵，6-水泵控制器，7-造流水泵出水口，8-推波板，9-絲杠，10-交流伺服電機(jī)，11-驅(qū)動(dòng)控制器，12-流速傳感器，13-波高傳感器，14-漸擴(kuò)張導(dǎo)流板，15-間隔板，16-計(jì)算機(jī)，17-計(jì)算機(jī)控制接口總成，18-水泵控制器接口，19-流速傳感器接口，20-波高傳感器接口，21-驅(qū)動(dòng)控制器接口，22-計(jì)算機(jī)控制接口Ⅰ，23-計(jì)算機(jī)控制接口Ⅱ，24-計(jì)算機(jī)控制接口Ⅲ，25-計(jì)算機(jī)控制接口Ⅳ，26-間隔封閉區(qū)，27-觀察區(qū)。

a表示實(shí)驗(yàn)段，

具體實(shí)施方式

需要說(shuō)明的是，在不沖突的情況下，本實(shí)用新型中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。

下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)用新型。

一種用于圍油欄溢油圍控實(shí)驗(yàn)的波流水槽，如圖1、2所示，包括水槽1和其內(nèi)外安裝的實(shí)驗(yàn)儀器，所述實(shí)驗(yàn)儀器包括數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)和與其連接的流速實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、波高實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、造波系統(tǒng)、造流系統(tǒng)。

所述水槽1作為測(cè)試實(shí)驗(yàn)所用液體的容器，為一長(zhǎng)方體容器，材質(zhì)為鋼化玻璃或不銹鋼等；在水槽1的底部設(shè)置有造流系統(tǒng)的造流水泵入水口2和造流水泵出水口7，并在造流水泵出水口7處安裝有導(dǎo)流板；

從水槽1的前端(即靠近造流水泵出水口7位置為前端)-按照合適的分割比例(根據(jù)所需要放大的流量比例的倒數(shù))，通過(guò)間隔板15將水槽1從中部沿縱軸平行線分割為兩個(gè)獨(dú)立子區(qū)域，所述間隔板15與水槽1的長(zhǎng)邊平行，所述間隔板15一側(cè)的左右端采用漸擴(kuò)張導(dǎo)流板14接觸水槽1內(nèi)壁進(jìn)行封堵；所述間隔板15采用鋼化玻璃或者復(fù)合板材等；所述間隔板15的長(zhǎng)度，即兩個(gè)獨(dú)立子區(qū)域之間的間隔段長(zhǎng)度為6～10個(gè)波長(zhǎng)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)對(duì)象不同，需要的波形也不同，需要先由實(shí)際實(shí)驗(yàn)要求進(jìn)行預(yù)計(jì)長(zhǎng)度，靈活性大。

所述間隔板15所在水槽段為實(shí)驗(yàn)段，間隔板15與其一側(cè)兩端的漸擴(kuò)張導(dǎo)流板14圍成的封閉區(qū)域?yàn)殚g隔封閉區(qū)26，而間隔板15的另一側(cè)為觀察區(qū)27；所述間隔板15的左邊的漸擴(kuò)張導(dǎo)流板14采用片狀消波格柵按照合適坡比漸變連通水槽1左端的非實(shí)驗(yàn)段一側(cè)子區(qū)域水槽，以保證水流可以沿片狀消波格柵間隙流動(dòng)，片狀消波格柵的材料長(zhǎng)度根據(jù)非實(shí)驗(yàn)段波浪能否有效消除而調(diào)整，且不能影響實(shí)驗(yàn)段實(shí)驗(yàn)觀察。同時(shí)，水槽1的靠近造流水泵入水口2的一端的半開(kāi)放間隔區(qū)域中也放入消波格柵3作進(jìn)一步消能處理。

所述數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)包括連接在一起的計(jì)算機(jī)16和計(jì)算機(jī)控制接口總成17，所述的計(jì)算機(jī)控制接口總成17設(shè)有四個(gè)計(jì)算機(jī)控制接口，并分別與波高實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的波高傳感器接口20、流速實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的流速傳感器接口19、造波系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)控制器接口21、造流系統(tǒng)的水泵控制器接口18相連接。所述計(jì)算機(jī)16通過(guò)分別對(duì)流速與波浪的信號(hào)信息連續(xù)采集、處理和存儲(chǔ)，以及利用LabVIEW控制軟件完成對(duì)造流、造波系統(tǒng)的控制。

所述流速實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括流速傳感器12，所述流速傳感器12安裝在水槽1內(nèi)部間隔板15的前面中部，通過(guò)導(dǎo)線與計(jì)算機(jī)16的計(jì)算機(jī)控制接口Ⅰ22連接，實(shí)現(xiàn)流速信號(hào)信息的連續(xù)采集、處理和存儲(chǔ)。

所述波高實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括波高傳感器13，所述波高傳感器13安裝在水槽1內(nèi)部間隔板15的前面中部，通過(guò)導(dǎo)線與計(jì)算機(jī)16的計(jì)算機(jī)控制接口Ⅱ23連接，實(shí)現(xiàn)波高信號(hào)信息的連續(xù)采集、處理和存儲(chǔ)。

所述造波系統(tǒng)用于圍油欄水動(dòng)力測(cè)定實(shí)驗(yàn)中模擬波浪，包括推波板8、絲杠9、交流伺服電機(jī)10和驅(qū)動(dòng)控制器11，所述交流伺服電機(jī)10通過(guò)導(dǎo)線與驅(qū)動(dòng)控制器11連接，驅(qū)動(dòng)控制器接口21通過(guò)導(dǎo)線與計(jì)算機(jī)16的計(jì)算機(jī)控制接口Ⅲ24連接，所述交流伺服電機(jī)10的輸出軸通過(guò)絲杠9連接推波板8，牽引推波板8在水槽1的左端進(jìn)行前后運(yùn)動(dòng)，計(jì)算機(jī)16通過(guò)LabVIEW軟件控制交流伺服電機(jī)10工作，可以產(chǎn)生波高為0.01-0.2m，頻率為0-50Hz的波浪。

所述造流系統(tǒng)用于圍油欄水動(dòng)力測(cè)定實(shí)驗(yàn)中模擬水流，主要由水泵5、水泵控制器6、水循環(huán)管道4組成，所述水循環(huán)管道4設(shè)置在水槽1外面，水循環(huán)管道4的兩端分別連通造流水泵入水口2和造流水泵出水口7，所述水泵5安裝在水循環(huán)管道4上，所述水泵5通過(guò)導(dǎo)線與水泵控制器6連接，水泵控制器6的接口通過(guò)導(dǎo)線與計(jì)算機(jī)16的計(jì)算機(jī)控制接口Ⅳ25連接，計(jì)算機(jī)16通過(guò)LabVIEW軟件控制水泵5可以產(chǎn)生定流速的水流。

水槽1采用整體造流的方法,以滿足流場(chǎng)模擬的需要。造流系統(tǒng)采取內(nèi)循環(huán)方式，大功率水泵5通過(guò)水循環(huán)管道4連接造流水泵入水口2吸取水槽1中的水,經(jīng)水泵5加壓后從安裝在水槽1另一端下部連接造流水泵出水口7的噴嘴中噴出高壓水流,噴射出的水流以及帶動(dòng)周?chē)乃鞅容^均勻,從而在水槽內(nèi)部形成了均勻穩(wěn)定的水流。流速的調(diào)節(jié)由水泵控制器6控制并調(diào)整水泵5的轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)。整體造流系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是模擬的水流場(chǎng)比較均勻穩(wěn)定,其局限性是:造流能力有限,能夠產(chǎn)生的最大流速一般在0.3m/s左右。

所以，為了滿足圍油欄水動(dòng)力性能測(cè)定實(shí)驗(yàn)的水槽需要大流量的水流的要求，提高流量是通過(guò)分隔板15局部分隔水槽1的方法。

本實(shí)施例以長(zhǎng)、寬、高為45米、0.5m、1.1米，最大造波的波長(zhǎng)3米，擴(kuò)張流量2倍為例進(jìn)行說(shuō)明。

水槽1的分隔段前端距離水槽1的造流水泵出水口7的長(zhǎng)度為10米，水槽1的分割段長(zhǎng)度為25米，分隔段前端漸變坡比取1:3，水槽間隔區(qū)域的分割比例為1：1。采用局部分割水槽法再造流的優(yōu)點(diǎn)是:具有產(chǎn)生較高流速的能力,最大流速可達(dá)0.6m/s。

實(shí)驗(yàn)前，調(diào)整間隔段前端消波格柵連接坡比，以及非實(shí)驗(yàn)段與間隔段長(zhǎng)度、材料長(zhǎng)度，以實(shí)驗(yàn)段通過(guò)連續(xù)6～10個(gè)姿態(tài)較好波浪為準(zhǔn)。

使用波流共存濾波分析軟件計(jì)算波流共存條件下實(shí)驗(yàn)段理論值，并根據(jù)此理論值開(kāi)展波流實(shí)驗(yàn)濾波準(zhǔn)備工作。

利用本實(shí)用新型的波流水槽進(jìn)行圍油欄溢油圍控實(shí)驗(yàn)的步驟如下：

1)在水槽1中安裝流速傳感器12和波高傳感器13并固定，放入80cm高的水；

2)開(kāi)啟實(shí)驗(yàn)所需設(shè)備，造波系統(tǒng)、水泵5、計(jì)算機(jī)16，檢查設(shè)備是否正常；

3)通過(guò)LabVIEW軟件控制水泵5，水流速度設(shè)定從10％-100％依次逐漸增大，每組實(shí)驗(yàn)要求流速穩(wěn)定后進(jìn)行下一步；

4)通過(guò)LabVIEW軟件控制造波系統(tǒng)工作，波浪高度從0.02m-0.2m依次逐漸增大；

5)通過(guò)流速傳感器12、波高傳感器13實(shí)時(shí)采集并記錄當(dāng)前時(shí)刻的流速與波高；

6)通過(guò)波流共存濾波分析軟件計(jì)算流速，流速的計(jì)算方法，見(jiàn)附錄2；

7)將水槽1內(nèi)采集的流速與計(jì)算流速相比較，得出結(jié)果，因?yàn)楣艿懒黧w會(huì)有能量流失，實(shí)際數(shù)值和理論值不完全相同。

以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。