一种圆形波流水池试验区分层全方向造流流量的控制方法与流程

1.本发明涉及海洋极端海况与深海试验技术领域，具体为一种圆形波流水池试验区分层全方向造流流量的控制方法。

背景技术：

2.随着人类对海洋开发的步步深入，船舶工程、海洋工程构筑物、水下机器人、水下航行器、海洋能源利用以及深海采矿等工程将与海洋环境的交互越来越紧密。海洋环境的波浪、洋流以及海风对其中工程物的影响较为复杂，需要水动力试验进行探究机理，验证优化设计。不同类型的试验水池是进行水动力试验的重要装置。
3.传统水动力试验水池造流系统只能单向造流，无法满足诸如海洋能源装置、深海采矿等需要的全流向复杂海况。对于诸如埃克曼流等分层、方向不同、流速不同的水流场域目前的试验装置较难模拟。另外，目前的试验水池无法结合不同浪向角与不同造流流向更为全面地模拟真实海洋环境，这将在一定程度上制约了相关海洋工程与海洋装备的研发优化进程。

技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种圆形波流水池试验区分层全方向造流流量的控制方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种圆形波流水池试验区分层全方向造流流量的控制方法，包括以下具体的步骤：
6.s1：在试验内池区域为圆形边界，沿着周向设置m个射流兼回流口，沿着高度方向设置n层射流兼回流口；在圆形边界的试验内池中心区域的不同深度围设长方体结构的试验区；
7.s11：设定造流水深、分层流速、造流角度，开启造流装置；
8.s11：将造流装置在试验区底部设置的升降假底移动到适当高度；
9.s2：首先根据某个高度的分层试验区内的目标流速u，根据模拟仿真或调试经验，推算出造流装置中的中间射流水泵对应的射流口的平均流速u0，中间射流水泵两侧的左一、右一射流水泵对应的射流口的平均流速为u1，左二和右二射流水泵对应的射流口的平均流速为u2，左三和右三射流水泵对应的射流口的平均流速为u3；
10.s3：根据u0、u1、u2、u3的平均流速的数据，计算得出的中间射流水泵流量为q0，左一和右一射流水泵流量为q1，左二和右二射流水泵流量为q2，左三和右三射流水泵流量为q3；
11.s4：根据计算获得的q0、q1、q2、q3的水泵流量，按照水泵性能曲线，查询获得相应的射流水泵的初始转速的控制参数分别为：r0、r1、r2、r3；
12.s5：将对应的中间回流水泵的转速设定为r0，面对造流方向，将中间回流水泵左右两侧的左一、右一回流水泵的转速设定为r1，将左二、右二回流水泵的转速设定为r2，将左
三、右三回流水泵的转速设定为r3；
13.s6：根据计算出的各水泵初始转速来开启造流装置上开启造流流向所对应的七台射流水泵及电动阀门，开启造流流向所对应的七台回流水泵及电动阀门，将流速仪设置在步骤s2中确定的该分层射流口高度中心的平面上，通过测试获得水池试验区中心的实测流速为u0’，该实测流速u0’对应的是中间造流水泵的转速r0；
14.s7：面对造流方向，分别测试试验区中心线距离中心左边1/4处、2/4处和3/4处的实际流速分别为：u1’、u2’、u3’，上述流速数据对应的分别是左一、左二和左三造流水泵的转速r1、r2、r3；
15.s8：分别测试试验区中心线距离中心右边1/4处、2/4处和3/4处的实际流速分别为：u1”、u2”、u3”，上述流速数据对应的分别是右一、右二和右三造流水泵的转速r1、r2、r3；
16.s9：比较实测的水流速度数值与设定值的差值，根据以下计算公式来调整不同射流水泵的转速，计算公式为：ri＝(u/ui)
×
ri，式中，ri为根据实测流速调整的射流水泵转速，u为试验区不同深度的设定水速，ui为在试验区中心线上测得的实际水速，ri为ui对应的射流水泵的初始转速；
17.s10：经过水泵转速调整后，重复上述步骤形成稳定流场，再次测试试验区不同点位的流速分布，其流速大小与均匀性达标后，即形成分层、可变水深且不同角度、不同流速分布的造流场域，并与试验区内预留的造波机配合，实现全流向与全浪向角的复杂海况试验环境模拟的目的。
18.作为本发明的一种优选方案，所述步骤s1中，长方体试验区布置的具体参数为：沿着造流方向的长度大小设定为试验内池直径的1/3，沿着垂直造流方向的长度设定为试验内池直径的1/2，高度为该深度射流兼回流口的高度。
19.作为本发明的一种优选方案，所述步骤s3中，射流口的平均流速ui与水泵流量qi之间的关系采用的计算公式为：qi＝a
×b×
ui；其中，式中，qi表示水泵流量，a为射流口宽度，b为射流口高度，ui为射流口的平均流速。
20.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
21.本发明提供的一种圆形波流水池试验区分层全方向造流流量的控制方法，相较于现有技术中的单向造流的技术方案，更侧重于分层全流向造流，保证了试验区的均匀度，并具体阐明了对应水泵层级的具体控制方法，通过上述控制方法能够在试验水池内全方向上产生流向一致的均匀流和梯度流，还可在不同水池深度产生不同方向的流速，模拟海洋埃克曼流，并通过升降假底来调节造流深度，通过流向与流速控制方法，全流向造流场域在试验区内可保持较高的均匀度，通过与造波机的配合使用，具备有全浪向角与全流向造流组合的复杂海况模拟试验能力。
附图说明
22.图1为本发明的圆形波流水池试验区分层全方向造流流量的控制流程图。
具体实施方式
23.下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通
技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
24.下面结合附图1描述本发明提供的具体实施例，以作进一步的说明：
25.一种圆形波流水池试验区分层全方向造流流量的控制方法，包括以下具体的步骤：
26.在试验内池区域为圆形边界，沿着周向设置m个射流兼回流口，沿着高度方向设置n层射流兼回流口；
27.在圆形边界的试验内池中心区域不同深度形成一个长方体的试验区，长方体试验区布置的具体参数为：沿着造流方向的长度大小设定为试验内池直径的1/3，沿着垂直造流方向的长度设定为试验内池直径的1/2，高度为该深度射流兼回流口的高度；
28.首先根据试验的要求，设定造流水深、分层流速以及造流角度，然后将试验区底部的升降假底上升到合适位置，从而使得圆形边界试验内池的水深符合试验要求；
29.然后根据每层的造流角度，开启中间、左一、左二、左三、右一、右二、右三射流水泵以及中间、左一、左二、左三、右一、右二、右三回流水泵、电动阀门，其中，上述水泵两侧的电动阀门先于水泵开启，其他水泵和两侧的电动阀门处于关闭的状态，使得相应位置的射流水泵和回流水泵产生的流量保持一致。
30.开启水泵形成初步流场时，可根据仿真、调试经验进行设定，具体为：中间水泵、左一和右一水泵、左二和右二水泵、左三和右三水泵在射流兼回流口部产生的流速分别优选设置为试验区设定流速u的56.7％、58.3％、62.5％和66.7％。
31.射流口的平均流速ui与水泵流量qi之间的关系采用以下公式进行计算：qi＝a
×b×
ui；其中，式中，qi表示水泵流量，a为射流口宽度，b为射流口高度，ui为射流口的平均流速。
32.计算获得q0、q1、q2、q3的水泵流量数据后，根据水泵性能曲线，查询获得相应水泵的初始转速的控制参数分别为：r0、r1、r2、r3；
33.同时，将对应的中间回流水泵转速设定为r0，将中间回流水泵左右两侧的左一、右一回流水泵转速设定为r1，将左二、右二回流水泵转速设定为r2，将左三、右三回流水泵转速设定为r3；
34.根据计算出的各水泵初始转速来开启造流装置，使得从上述多个水泵泵出的水流首先进入到与水泵连接的圆形流道内，然后经过与圆形流道连接的方接圆变径和导流墩，再进入到射流兼回流流道，在经过射流兼回流流道内的压力整流墙、射流破碎器以及消涡阻尼网等均流构件进行均流处理后，进入射流兼回流流道后侧的倾角射流段，经过倾角射流段内的导流片处理后，以合适的射流方向进入到试验内池区域，在试验区域形成均匀流后，从另一边的回流口被回流水泵抽吸进入到循环水池中。
35.在初始流场稳定后，将流速仪设置在确定的分层射流口高度中心的平面上，通过测试获得水池试验区中心的实测流速u0’，实测流速u0’对应的是中间造流水泵转速r0；
36.面对造流方向，分别测试试验区中心线距离中心左边1/4处、2/4处和3/4处不同点位的实际流速分别为u1’、u2’、u3’，上述流速数据对应的分别是左一、左二和左三造流水泵的转速r1、r2、r3；
37.再分别测试试验区中心线距离中心右边1/4处、2/4处和3/4处不同点位的实际流
速分别为u1”、u2”、u3”，上述流速数据对应的分别是右一、右二和右三造流水泵的转速r1、r2、r3；
38.根据实测的水流速度与设定值的比较，再根据以下计算公式来调整不同射流水泵的转速即可；其中，计算公式为：ri＝(u/ui)
×
ri，式中，ri为根据实测流速调整的射流水泵转速，u为试验区不同深度的设定水速，ui为在试验区中心线上测得的实际水速，ri为ui对应的射流水泵的初始转速。
39.经过水泵转速调整后，重复上述步骤，形成稳定流场后，再次测试试验区不同点位的流速分布，其流速大小与均匀性达标后，即形成分层、可变水深且不同角度、不同流速分布的造流场域，并可与试验区内预留的造波机配合，实现全流向与全浪向角的复杂海况试验环境模拟能力。
40.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

技术特征：

1.一种圆形波流水池试验区分层全方向造流流量的控制方法，其特征在于：包括以下具体的步骤：s1：在试验内池区域为圆形边界，沿着周向设置m个射流兼回流口，沿着高度方向设置n层射流兼回流口；在圆形边界的试验内池中心区域的不同深度围设长方体结构的试验区。s11：设定造流水深、分层流速、造流角度，开启造流装置；s12：将造流装置在试验区底部设置的升降假底移动到适当高度；s2：首先根据某个高度的分层试验区内的目标流速u，根据模拟仿真或调试经验，推算出造流装置中的中间射流水泵对应的射流口的平均流速u0，中间射流水泵两侧的左一、右一射流水泵对应的射流口的平均流速为u1，左二和右二射流水泵对应的射流口的平均流速为u2，左三和右三射流水泵对应的射流口的平均流速为u3；s3：根据u0、u1、u2、u3的平均流速的数据，计算得出的中间射流水泵流量为q0，左一和右一射流水泵流量为q1，左二和右二射流水泵流量为q2，左三和右三射流水泵流量为q3；s4：根据计算获得的q0、q1、q2、q3的水泵流量，按照水泵性能曲线，查询获得相应的射流水泵的初始转速的控制参数分别为：r0、r1、r2、r3；s5：将对应的中间回流水泵的转速设定为r0，面对造流方向，将中间回流水泵左右两侧的左一、右一回流水泵的转速设定为r1，将左二、右二回流水泵的转速设定为r2，将左三、右三回流水泵的转速设定为r3；s6：根据计算出的各水泵初始转速来开启造流装置上开启造流流向所对应的七台射流水泵及电动阀门，开启造流流向所对应的七台回流水泵及电动阀门，将流速仪设置在步骤s2中确定的该分层射流口高度中心的平面上，通过测试获得水池试验区中心的实测流速为u0’，该实测流速u0’对应的是中间造流水泵的转速r0；s7：面对造流方向，分别测试试验区中心线距离中心左边1/4处、2/4处和3/4处的实际流速分别为：u1’、u2’、u3’，上述流速数据对应的分别是左一、左二和左三造流水泵的转速r1、r2、r3；s8：分别测试试验区中心线距离中心右边1/4处、2/4处和3/4处的实际流速分别为：u1”、u2”、u3”，上述流速数据对应的分别是右一、右二和右三造流水泵的转速r1、r2、r3；s9：比较实测的水流速度数值与设定值的差值，根据以下计算公式来调整不同射流水泵的转速，计算公式为：ri＝(u/ui)
×
ri，式中，ri为根据实测流速调整的射流水泵转速，u为试验区不同深度的设定水速，ui为在试验区中心线上测得的实际水速，ri为ui对应的射流水泵的初始转速；s10：经过水泵转速调整后，重复上述步骤形成稳定流场，再次测试试验区不同点位的流速分布，其流速大小与均匀性达标后，即形成分层、可变水深且不同角度、不同流速分布的造流场域，并与试验区内预留的造波机配合，实现全流向与全浪向角的复杂海况试验环境模拟的目的。2.根据权利要求1所述的一种圆形波流水池试验区分层全方向造流流量的控制方法，其特征在于：所述步骤s1中，长方体试验区布置的具体参数为：该长方体试验区沿着造流方向的长度为试验内池直径的1/3，垂直造流方向的长度为试验内池直径的1/2，高度为位于高总水深同一深度的射流兼回流口的高度。3.根据权利要求1所述的一种圆形波流水池试验区分层全方向造流流量的控制方法，
其特征在于：所述步骤s3中，射流口的平均流速ui与水泵流量qi之间的关系采用的计算公式为：qi＝a
×
b
×
ui；其中，式中，qi表示水泵流量，a为射流口宽度，b为射流口高度，ui为射流口的平均流速。

技术总结

本发明涉及海洋极端海况与深海试验技术领域，具体公开了一种圆形波流水池试验区分层全方向造流流量的控制方法，包括以下具体的步骤：在圆形边界的试验内池中心区域的不同深度围设长方体结构的试验区，设定造流水深、分层流速、造流角度；将升降假底升降到适当高度；根据仿真、经验或实测设定水泵转速；开启造流流向所对应的射流水泵、回流水泵、电动阀门；测定每层水深试验区中心线的点位流速；判定流速大小与均匀性达标，完成造流工作；不达标，根据测得不同点位与设定流速之比调整相应水泵转速，重复上述步骤。通过上述控制方法在试验水池内全方向上产生流向一致的均匀流和梯度流，可在不同水池深度产生不同方向的流速，模拟海洋埃克曼流。克曼流。克曼流。