专利名称：竖直于拖曳水池中柔性管件模型的涡激振动试验装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种海洋工程技术领域的试验装置，具体地说，涉及的是一种竖直于拖曳水池中柔性管件模型的涡激振动试验装置。
背景技术：
在海流作用下，悬跨的海底管线、海洋平台立管和拖缆等柔性管件上会周期性地产生漩涡脱落。这些柔性管件因此承受周期性的激振力，从而出现涡激振动现象。涡激振动将导致柔性管件的阻力系数增加和结构疲劳破坏。在设计海洋柔性管件的时候，管件因涡激振动而导致疲劳破坏将是一个必须考虑的重要因素。
目前，模型试验是研究柔性管件涡激振动现象最可靠和最主要的研究手段之一。通过模型试验，可以较为全面的观测到涡激振动现象及其主要特征，获得较为可靠的试验结果。试验结果可用来效验理论和数值模型的精度。涡激振动抑振装置的使用效果在正式投入工程应用前通常都需要由模型试验来验证。
实际海洋中流场较为复杂，流速较快。一般长度较小的柔性管件在整个长度范围内遭受的流场较为均匀，不过雷诺数较高，通常在临界区内，有些甚至在超临界区内。一般长度较大的柔性管件在整个长度范围内遭受均匀流的可能性几乎为零，流速往往分层对其作用。在某些分层流速段内，这些长度较大的管件所遭受的雷诺数也相当高，有些也要达到超临界区。在人工水池中，如何实现高雷诺数的管件涡激振动试验，对于一些长度较大的柔性管件涡激振动，如何实现流速分层，同时还要使得某些分层流速段内的管件所遭受的雷诺数尽可能与实际接近，都是目前涡激振动试验领域里的技术难题。
国内有学者做过小尺度海洋立管、海底管线和拖缆的涡激振动模型试验。这些涡激振动模型试验一般在船模拖曳水池中完成。在船模拖曳水池中拖动模型形成均匀流场，产生涡激振动。在国际上，对小尺度管件的涡激振动进行了大量的模型试验研究，而且近年来也对长度较大的柔性管件的涡激振动进行了一些模型试验研究。这些试验，有的在船模拖曳水池中进行，有的在环形水槽中进行，也有的在海上用拖船拖动立管进行涡激振动模型试验。所进行的这些试验，流速沿管件轴向一般为均匀流或剪切流，所实现的最大雷诺数一般与实际相差一个数量级。
经对现有技术文献进行检索发现，在ISBN号为1-880653-62-1，ISSN号为1098-6189的“Proceedings of The Fourteenth(2004)InternationalOffshore and Polar Engineering Conference”(14届国际近海与极地工程会议论文集)中，论文“Laboratory Investigation of Long Riser VIV Response”(长立管涡激振动响应的实验研究)是关于柔性管件涡激振动实验研究的典型论文。文中提到了一种柔性管件涡激振动模型试验技术，把柔性立管模型横置于船模拖曳水池中，立管端部靠从拖车上延伸入水中的支架支持并得到轴向张紧力，拖车拖动立管模型产生均匀流场，用布置于管内的双轴向加速度传感器来测量立管运动，在立管端部布置力传感器来测量整个立管所受的阻力和升力，在立管壁内嵌入光纤布拉格光栅应变传感器来测量立管壁内的应变量。经分析，该技术的不足之处在于一，只能造出沿立管轴向为均匀的流场，而实际柔性立管所处的流场多为不均匀的；二，能实现的最大雷诺数较低，跟实际柔性立管所遭受的最大雷诺数相差一个数量级；三，水池长度有限，在车速较高时，所能得到的测试段距离变得很小，所能采到的数据相应变得很少。
发明内容
本发明的目的是解决以往在船模拖曳水池中完成柔性管件涡激振动模型试验时存在的上述不足，提供一种流速更高、流速大小能分层、测试段距离更长的竖直于拖曳水池中柔性管件模型的涡激振动试验装置。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的本发明包括管件模型、端部支撑机构、流速增大装置、竖向试验支持架、拖车和测量分析系统。连接关系为管件模型穿过流速增大装置，管件模型和流速增大装置均竖直置于拖曳水池中，管件模型的两端靠端部支撑机构支持，竖向试验支持架把流速增大装置和端部支撑机构与拖车连接，测量分析系统的各仪器设备分散布置于管件模型、端部支撑机构、流速增大装置、竖向试验支持架和拖车之中。
所述的流速增大装置由增流体、阻流板、隔流板、摄像机固定板和流速仪固定板组成。两块增流体对称布置，所夹区域分成三段，按水流流过的顺序，依次为收缩段、稳流段和扩展段。稳流段的宽度在30倍管件模型直径以上，稳流段的长度在50倍管件模型直径以上，管件模型在稳流段长轴线上且置于离稳流段入口边界2/3稳流段长度处。收缩段的进口面积与出口面积之比由试验所要增大流速的倍数、流场品质要求和经济性之间协调确定。收缩段曲线为风洞设计时常用的双三次曲线，拐点位置为中点。收缩段的长度取为收缩段进口宽度的1.5倍左右。扩展段曲线与收缩段曲线关于稳流段短轴线对称。两块增流体外侧曲线与内侧曲线对称。两块阻流板对称布置在两块增流体外侧，阻流板与增流体外侧曲线直线段平行。两块阻流板超出增流体前后两端点的距离都为收缩段长度的0.5倍以上。阻流板与增流体外侧曲线直线段的距离为稳流段宽度的0.5倍，稳流段流速放大的倍数可达收缩段收缩倍数的98.5％。增流体和阻流板的两端分别固定在两块隔流板上，隔流板与阻流板垂直且平行流向布置。隔流板最前端在长度方向上应超出阻流板约0.2倍收缩段长度，隔流板的宽度应为两块阻流板间距的1.2倍左右，这样以保证流速增大装置区域内的流体基本不影响隔流板外的流体。如果流速增大装置在管件模型轴向上长度较大，可等间距再在两端的隔流板间加装几块隔流板，这样可保证流速增大装置的强度。隔流板上在管件模型通过处，设有椭圆形孔，以避免隔流板碰到振动的管件模型，椭圆的长轴在流线方向上。用来悬挂流速仪的流速仪固定板安装于稳流段前部，流速仪固定板的上端部与增流体连接。在稳流段的后端且与流速仪固定板在同一截面内，安装摄像机固定板，摄像机固定板的两端与上下增流体连接。摄像机固定板的中部安装水下摄像机和相应的光源。在与流速仪固定板同一截面内且在管件模型上方的增流体内开一洞，用来安放水下摄像机和相应的光源，洞口安装隔水玻璃，洞口中心对准管件模型。根据测量要求，在流速增大装置的多个截面内布置相应的流速仪固定板和摄像机固定板，以及在增流体内开相应的洞。
所述的端部支撑机构由支撑壳、支撑板、螺栓、弹簧、滑块、十字轴万向连轴器和端部隔流板组成。支撑壳端部开口处与一块垂直管件模型轴向的端部隔流板连接，端部隔流板上开孔以让管件模型通过。支撑壳截面为椭圆形，椭圆长轴与来流方向平行。四块支撑板呈十字形布置于支撑壳内。滑块为圆柱体，在其外表面等间距开四道凹槽，凹槽的长度方向与滑块的轴向一致。滑块置于四块支撑板中部留下的滑槽内，四块支撑板的边缘与滑块表面的四个凹槽对接，滑块能沿支撑板滑动。支撑壳底端板中心处开有内螺纹，螺栓拧入内螺纹，螺栓头部与弹簧连接，弹簧通过滑槽与滑块连接，滑块另一端和十字轴万向连轴器固接，十字轴万向连轴器再与管件模型端部连接。
所述的竖向试验支持架由长方形挂柱、上方柱肘板、下方柱肘板、一级加胫板和二级加胫板组成。竖向试验支持架主要用于管件模型竖直于拖曳水池中的涡激振动试验。长方形挂柱的截面为长方形，其与拖车连接端在长边方向上通过上方柱肘板加固。长方形挂柱主要置于空气中。管件模型上端部的端部支撑机构用两根长方形挂柱来悬挂，连接处在长方形挂柱长边方向上用下方柱肘板加固。流速增大装置上端部用一级加胫板与管件模型上端部的端部支撑机构连接，流速增大装置下端部用二级加胫板与管件模型下端部的端部支撑机构连接。一级和二级加胫板由长方形板一侧表面轴线上加装半圆形截面柱体构成。一级加胫板上的半圆形截面柱体尺度要大于二级加胫板上的半圆形截面柱体。
所述的测量分析系统由声学多谱勒流速仪、水下摄像机、光源、光纤布拉格光栅应变传感器、亮标记、剪力测量装置、拉力传感器、多通道图像采集卡、应变放大器、数据线、接线装置、数据自动采集卡及计算机组成。声学多谱勒流速仪安装在流速仪固定板上，在没有流速增大装置的管件模型段所遭受的流速大小为拖车车速大小。水下摄像机和光源安装在摄像机固定板和流速增大装置的增流体中所挖的洞内。所安装的水下摄像机和光源须对准管件模型。在水下摄像机镜头中心轴线与管件模型相交处标有亮标记，在中心标记两侧约10cm处的管件模型上也分别标上亮标记。管件模型的管壁内布置光纤布拉格光栅应变传感器，绕管件模型截面圆周均匀布置四个光纤布拉格光栅应变传感器，两个在流向上，两个垂直于流向。沿管件模型轴向有若干个布置有光纤布拉格光栅应变传感器的截面。在管件模型两端的滑块凹槽内分别布置剪力测量装置。弹簧上分别布置拉力传感器。由水下摄像机采集到的数据通过数据线传输到位于拖车上的多通道图像采集卡，然后再传输到装有图像处理分析软件的计算机上，进行数据的处理和存储。声学多谱勒流速仪、光纤布拉格光栅应变传感器、剪力测量装置和拉力传感器所采集到的数据通过数据线依次传输到拖车上的应变放大器、接线装置、数据自动采集卡及计算机，计算机内装有计算机实时分析软件，来分析由这些仪器传输过来的数据并进行存储。
与现有技术相比，本发明的有益效果是开动拖车后，流速增大装置内所增大的流速倍数可达收缩段进出口面积之比的98.5％，从而可实现较高的雷诺数；所增大流速的流场均匀性良好；能造出沿管件模型轴向流速大小分层的流场，从而能模拟出更加接近海洋真实环境的流场；与一般船模拖曳水池中管件模型涡激振动试验装置相比，在同样流速下，本发明所需车速较低，即可使得数据采样能较长时间连续；竖直置于拖曳水池中的管件模型更加接近立管等管件的工程实际。
图1是本发明实施例的主要结构布置图；图2是流速增大装置的结构示意图；图3是图2的A-A剖视图；图4是端部支撑机构的结构示意图；图5是图4的B-B剖视图；图6是竖向试验支持架结构示意图；图7是图6的C-C剖视图；图8是图6的D-D剖视图；图9是图6的E-E剖视图；图10是图5的F-F剖视图；图11是管件模型上仪器布置示意图；图12是图11的G-G剖视图；图13是测量分析系统的各仪器装置的连接关系图。
附图标记说明管件模型1，端部支撑机构2，流速增大装置3，竖向试验支持架4，拖车5，测量分析系统6，增流体7，阻流板8，隔流板9，摄像机固定板10，流速仪固定板11，收缩段12，稳流段13，扩展段14，支撑壳15，支撑板16，螺栓17，弹簧18，滑块19，十字轴万向连轴器20，端部隔流板21，长方形挂柱22，上方柱肘板23，下方柱肘板24，一级加胫板25，二级加胫板26，声学多谱勒流速仪27，水下摄像机28，光源29，光纤布拉格光栅应变传感器30，亮标记31，剪力测量装置32，拉力传感器33，多通道图像采集卡34，应变放大器35，数据线36，接线装置37，数据自动采集卡38，计算机39。
具体实施例方式
下面通过实施例并结合附图对本发明的作详细说明以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，本实施例由管件模型1、端部支撑机构2、流速增大装置3、竖向试验支持架4、拖车5和测量分析系统6组成。管件模型1竖直置于拖曳水池中进行涡激振动试验，管件模型1穿过流速增大装置3，流速增大装置3只有一个且置于管件模型1中部1/3长度区域内，管件模型1的两端靠端部支撑机构2支持，竖向试验支持架4把流速增大装置3和端部支撑机构2与拖车5连接。
如图2及图3所示，流速增大装置3由增流体7、阻流板8、隔流板9、摄像机固定板10和流速仪固定板11组成。
两块增流体7对称布置，所夹区域分成三段，按水流流过的顺序，依次为收缩段12、稳流段13和扩展段14。稳流段13的宽度在30倍管件模型1直径以上，稳流段13的长度在50倍管件模型1直径以上，管件模型1在稳流段13长轴线上且置于离稳流段13入口边界2/3稳流段13长度处。收缩段12的进口面积与出口面积之比由试验所要增大流速的倍数、流场品质要求和经济性之间协调确定。收缩段12曲线为风洞设计时常用的双三次曲线，拐点位置为中点。收缩段12的长度取为收缩段12进口宽度的1.5倍左右。扩展段14曲线与收缩段12曲线关于稳流段13短轴线对称。两块增流体7外侧曲线与内侧曲线对称。两块阻流板8对称布置在两块增流体7外侧，阻流板8与增流体7外侧曲线直线段平行。两块阻流板8超出增流体7前后两端点的距离都为收缩段12长度的0.5倍以上。阻流板8与增流体7外侧曲线直线段的距离为稳流段13宽度的0.5倍，稳流段13流速放大的倍数可达收缩段12收缩倍数的98.5％。增流体7和阻流板8的两端分别固定在两块隔流板9上，隔流板9与阻流板8垂直且平行流向布置。隔流板9最前端在长度方向上应超出阻流板8约0.2倍收缩段12长度，隔流板9的宽度应为两块阻流板8间距的1.2倍左右，这样以保证流速增大装置3区域内的流体基本不影响隔流板9外的流体。如果流速增大装置3在管件模型1轴向上长度较大，可等间距再在两端的隔流板9间加装几块隔流板9，这样可保证流速增大装置3的强度。隔流板9上在管件模型1通过处，设有椭圆形孔，以避免隔流板9碰到振动的管件模型1，椭圆的长轴在流线方向上。用来悬挂流速仪的流速仪固定板11安装于稳流段13前部，流速仪固定板11的上端部与增流体7连接。在稳流段13的后端且与流速仪固定板11在同一截面内，安装摄像机固定板10，摄像机固定板10的两端与上下增流体7连接。摄像机固定板10的中部安装水下摄像机28和相应的光源29。在与流速仪固定板11同一截面内且在管件模型1上方的增流体7内开一洞，用来安放水下摄像机28和相应的光源29，洞口安装隔水玻璃，洞口中心对准管件模型1。根据测量要求，在流速增大装置3的多个截面内布置相应的流速仪固定板11和摄像机固定板10，以及在增流体7内开相应的洞。
如图4和图5所示，端部支撑机构2由支撑壳15、支撑板16、螺栓17、弹簧18、滑块19、十字轴万向连轴器20和端部隔流板21组成。
支撑壳15端部开口处与一块垂直管件模型1轴向的端部隔流板21连接，端部隔流板21上开孔以让管件模型1通过。支撑壳15截面为椭圆形，椭圆长轴与来流方向平行。四块支撑板16呈十字形布置于支撑壳15内。滑块19为圆柱体，在其外表面等间距开四道凹槽，凹槽的长度方向与滑块19的轴向一致。滑块19置于四块支撑板16中部留下的滑槽内，四块支撑板16的边缘与滑块19表面的四个凹槽对接，滑块19能沿支撑板16滑动。支撑壳15底端板中心处开有内螺纹，螺栓17拧入内螺纹，螺栓17头部与弹簧18连接，弹簧18通过滑槽与滑块19连接，滑块19另一端和十字轴万向连轴器20固接，十字轴万向连轴器20再与管件模型1端部连接。
如图6、图7、图8、图9和图10所示，竖向试验支持架4由长方形挂柱22、上方柱肘板23、下方柱肘板24、一级加胫板25和二级加胫板26组成。
长方形挂柱22的截面为长方形，其与拖车5连接端在长边方向上通过上方柱肘板23加固。长方形挂柱22主要置于空气中。管件模型1上端部的端部支撑机构2用两根长方形挂柱22来悬挂，连接处在长方形挂柱22长边方向上用下方柱肘板24加固。流速增大装置3上端部用一级加胫板25与管件模型1上端部的端部支撑机构2连接，流速增大装置3下端部用二级加胫板26与管件模型1下端部的端部支撑机构2连接。一级加胫板25和二级加胫板26由长方形板一侧表面轴线上加装半圆形截面柱体构成。一级加胫板25上的半圆形截面柱体尺度要大于二级加胫板26上的半圆形截面柱体。
如图11、图12和图13所示，测量分析系统6由声学多谱勒流速仪27、水下摄像机28、光源29、光纤布拉格光栅应变传感器30、亮标记31、剪力测量装置32、拉力传感器33、多通道图像采集卡34、应变放大器35、数据线36、接线装置37、数据自动采集卡38和计算机39组成。
声学多谱勒流速仪27安装在流速仪固定板11上，在没有流速增大装置3的管件模型1段所遭受的流速大小为拖车5车速大小。水下摄像机28和光源29安装在摄像机固定板10和流速增大装置3的增流体7中所挖的洞内。所安装的水下摄像机28和光源29须对准管件模型1。在水下摄像机28镜头中心轴线与管件模型1相交处标有亮标记31，在中心标记两侧约10cm处的管件模型1上也分别标上亮标记31。管件模型1的管壁内布置光纤布拉格光栅应变传感器30，绕管件模型1截面圆周均匀布置四个光纤布拉格光栅应变传感器30，两个在流向上，两个垂直于流向。沿管件模型1轴向有若干个布置有光纤布拉格光栅应变传感器30的截面。在管件模型1两端的滑块19凹槽内分别布置剪力测量装置32。弹簧18上分别布置拉力传感器33。由水下摄像机28采集到的数据通过数据线36传输到位于拖车5上的多通道图像采集卡34，然后再传输到装有图像处理分析软件的计算机39上，进行数据的处理和存储。声学多谱勒流速仪27、光纤布拉格光栅应变传感器30、剪力测量装置32和拉力传感器33所采集到的数据通过数据线36依次传输到拖车5上的应变放大器35、接线装置37、数据自动采集卡38及计算机39，计算机39内装有计算机实时分析软件，来分析由这些仪器传输过来的数据并进行存储。
以下介绍本实施例装置的制作和安装过程在试验前，先根据船模拖曳水池的尺度、管件的实际尺度、试验工况的具体情况和试验的经济性选择合适的模型缩尺比，得到管件模型1的具体尺寸。根据管件模型1的尺寸、试验工况的具体情况、拖车5的尺度以及试验的经济性，得到流速增大装置3的主要尺寸。按照整个试验装置的强度控制要求，以及振动控制要求，确定流速增大装置3和端部支撑机构2的各部件的具体尺寸和材料，同时确定竖向试验支持架4的各部件尺寸和材料。
在流速增大装置3、端部支撑机构2和竖向试验支持架4的各部件尺寸和材料确定之后，制作完成这些装置。测量分析系统6的各仪器设备可去相应市场购买。
各种装置、仪器和设备制作备齐后，便进行安装。先在地面上把声学多谱勒流速仪27安装到流速仪固定板11的相应位置，把测量管件模型1垂直流向振动的水下摄像机28和相应光源29安装到摄像机固定板10的相应位置，把测量管件模型1流向振动的水下摄像机28和相应光源29安装到增流体7内所开的相应洞内。在弹簧18上安装拉力传感器33，剪力测量装置32装入滑块19的凹槽内。把竖向试验支持架4安装到拖车5下的相应位置。把装好声学多谱勒流速仪27、水下摄像机28和光源29的流速增大装置3连接上竖向试验支持架4。把两个安装好拉力传感器33和剪力测量装置32的端部支撑机构2用竖向试验支持架4安装到拖车5下的相应位置。声学多谱勒流速仪27、水下摄像机28、光源29、拉力传感器33和剪力测量装置32所需的数据线36以及电源线分别沿相近的长方形挂柱22接到拖车5上。
把一定数量的光纤布拉格光栅应变传感器30嵌入管件模型1管壁的相应位置，嵌入完后，表面密封并摩擦光滑。光纤布拉格光栅应变传感器30的数据线36通过管件模型1内管腔导出。在水下摄像机28镜头中心轴线与管件模型1中心轴线相交的管件模型1表面处标上亮标记31。沿管件模型1轴线，在已标上的亮标记31两侧相隔一定距离处的管件模型1表面再分别标上亮标记31。在各个水下摄像机28镜头前方的管件模型1上均标上三个亮标记31。整个管件模型1分成几段进行光纤布拉格光栅应变传感器30、数据线36以及亮标记31的安装和制作。
在所有的管件模型1分段制作完成后，把两端的管件模型1分段端部分别与十字轴万向连轴器20连接。然后把剩余的管件模型1分段穿过流速增大装置3并相互串接起来，同时与安装好的两端的管件模型1分段串接。管件模型1内管腔中的数据线36和电源线从管件模型1两端部导出，并沿竖向试验支持架4中的相应长方形挂柱22接到拖车1上。
在计算机39内安装好计算机实时分析软件和图像处理分析软件，把数据自动采集卡38和多通道图像采集卡34插入计算机39的相应插槽内，分别接上从水下仪器装置中导出来的数据线36。水下仪器装置中导出来的电源线也分别接上电源。
所有仪器装置安装完毕后，需要进行调试。调试完毕，各仪器装置均能正常工作，便可安工况及试验技术要求开动拖车5进行试验。
最后所应说明的是以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围之中。
权利要求
1.一种竖直于拖曳水池中柔性管件模型的涡激振动试验装置，包括管件模型(1)、拖车(5)和测量分析系统(6)，其特征在于，还包括端部支撑机构(2)、流速增大装置(3)和竖向试验支持架(4)，管件模型(1)穿过流速增大装置(3)，管件模型(1)和流速增大装置(3)均竖直置于拖曳水池中，管件模型(1)的两端靠端部支撑机构(2)支持，竖向试验支持架(4)把流速增大装置(3)和端部支撑机构(2)与拖车(6)连接，测量分析系统(7)的各仪器设备分散布置于管件模型(1)、端部支撑机构(2)、流速增大装置(3)、竖向试验支持架(4)和拖车(5)之中。
2.根据权利要求1所述的竖直于拖曳水池中柔性管件模型的涡激振动试验装置，其特征是，所述的流速增大装置(3)由增流体(7)、阻流板(8)、隔流板(9)、摄像机固定板(10)、流速仪固定板(11)组成，两块阻流板(8)对称布置在两块增流体(7)外侧，增流体(7)和阻流板(8)的两端分别固定在两块隔流板(9)上，隔流板(9)与阻流板(8)垂直且平行流向布置，流速仪固定板(11)的上端部与增流体(7)连接，在流速仪固定板(11)在同一截面内设置摄像机固定板(10)。
3.根据权利要求2所述的横躺于拖曳水池中柔性管件模型的涡激振动试验装置，其特征是，所述两块增流体(7)对称布置，所夹区域依次为收缩段(12)，稳流段(13)和扩展段(14)，收缩段(12)曲线选拐点位置为中点的双三次曲线，扩展段(14)曲线与收缩段(12)曲线对称，两块增流体(7)外侧曲线与内侧曲线对称，隔流板(9)上在管件模型(1)通过处设有椭圆形孔，稳流段(13)前部设有流速仪固定板(11)，在稳流段(13)的后端且与流速仪固定板(11)在同一截面内设置摄像机固定板(10)，与流速仪固定板(11)同一截面内且在管件模型(1)上方的增流体(7)内设一洞，洞口设置隔水玻璃，摄像机固定板(10)设置在稳流段(13)的后端。
4.根据权利要求3所述的竖直于拖曳水池中柔性管件模型的涡激振动试验装置，其特征是，所述稳流段(13)，其宽度在30倍管件模型(1)直径以上，其长度在50倍管件模型(1)直径以上。
5.根据权利要求3或4所述的竖直于拖曳水池中柔性管件模型的涡激振动试验装置，其特征是，阻流板(8)与增流体(7)外侧曲线直线段的距离为稳流段(13)宽度的0.5倍。
6.根据权利要求3所述的竖直于拖曳水池中柔性管件模型的涡激振动试验装置，其特征是，所述管件模型(1)在稳流段(13)长轴线上且置于离稳流段(13)入口边界2/3稳流段(13)长度处。
7.根据权利要求3所述的竖直于拖曳水池中柔性管件模型的涡激振动试验装置，其特征是，所述阻流板(8)与增流体(7)外侧曲线直线段平行，两块阻流板(8)超出增流体(7)前后两端点的距离都为收缩段(12)长度的0.5倍以上。
8.根据权利要求1所述的竖直于拖曳水池中柔性管件模型的涡激振动试验装置，其特征是，所述端部支撑机构(2)由支撑壳(15)、支撑板(16)、螺栓(17)、弹簧(18)、滑块(19)、十字轴万向连轴器(20)和端部隔流板(21)组成，支撑壳(15)端部开口处与端部隔流板(21)连接，四块支撑板(16)呈十字形布置于支撑壳(15)内，滑块(19)外表面等间距开四道凹槽，滑块(19)置于四块支撑板(16)中部留下的滑槽内，四块支撑板(16)的边缘与滑块(19)表面的四个凹槽对接，滑块(19)能沿支撑板(16)滑动，支撑壳(15)底端板中心处开有内螺纹，螺栓(17)拧入内螺纹，螺栓(17)头部与弹簧(18)连接，弹簧(18)通过滑槽与滑块(19)连接，滑块(19)另一端和十字轴万向连轴器(20)固接，十字轴万向连轴器(20)再与管件模型(1)端部连接。
9.根据权利要求8所述的竖直于拖曳水池中柔性管件模型的涡激振动试验装置，其特征是，所述支撑壳(15)截面为椭圆形，椭圆长轴与来流方向平行。
10.根据权利要求1所述的竖直于拖曳水池中柔性管件模型的涡激振动试验装置，其特征是，所述竖向试验支持架(4)由长方形挂柱(22)、上方柱肘板(23)、下方柱肘板(24)、一级加胫板(25)和二级加胫板(26)组成，长方形挂柱(22)的截面为长方形，其与拖车(5)连接端在长边方向上通过上方柱肘板(23)加固，管件模型(1)上端部的端部支撑机构(2)用两根长方形挂柱(22)来悬挂，连接处在长方形挂柱(22)长边方向上用下方柱肘板(24)加固，流速增大装置(3)上端部用一级加胫板(25)与管件模型(1)上端部的端部支撑机构(2)连接，流速增大装置(3)下端部用二级加胫板(26)与管件模型(1)下端部的端部支撑机构(2)连接，一级加胫板(25)和二级加胫板(26)由长方形板一侧表面轴线上加装半圆形截面柱体构成，一级加胫板(25)上的半圆形截面柱体尺度要大于二级加胫板(26)上的半圆形截面柱体。
全文摘要
本发明涉及一种海洋工程技术领域的竖直于拖曳水池中柔性管件模型的涡激振动试验装置，包括管件模型、端部支撑机构、流速增大装置、竖向试验支持架、拖车和测量分析系统，连接关系为管件模型穿过流速增大装置，管件模型和流速增大装置均竖直置于拖曳水池中，管件模型的两端靠端部支撑机构支持，竖向试验支持架把流速增大装置和端部支撑机构与拖车连接，测量分析系统的各仪器设备分散布置于管件模型、端部支撑机构、流速增大装置、竖向试验支持架和拖车之中。根据流速增大装置中收缩段进出口面积之比得到相应倍拖车车速的流速，即可实现较高的雷诺数，并可实现在流速分层的流场中柔性管件涡激振动模型试验。
文档编号G01M7/00GK101089577SQ20071004369
公开日2007年12月19日 申请日期2007年7月12日 优先权日2007年7月12日
发明者杨建民, 陈刚, 胡志强, 姚宗, 肖龙飞 申请人:上海交通大学