一种多功能垂直循环造流试验设施的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及水动力学试验设施，具体地涉及一种同时具备水槽和水洞试验功能的垂直循环造流试验设施。
【背景技术】
[0002]近些年来，随着海洋经济的高速发展，相关的传统技术领域如海洋工程、船舶工程等获得了长足的发展，同时水下航行体、海洋能开发利用等新兴技术领域也逐渐兴起并日渐成熟。在这些技术的研究与发展过程中，在实验室进行的水动力学试验是其中重要的、不可或缺的一环，尤其是开敞式的自由表面水槽试验和封闭的高速水洞试验往往都是必备的试验设施。
[0003]现有常见的实验室水槽、水洞大都是独立的试验设施，其造流方式主要以水平循环造流为主，因此室内占地面积大，大部分的空间都用在了造流设施和水流循环管道上，成本也较高。而小型的试验水槽、水洞往往试验区域较狭小，很难满足水下航行体原型、潮流能发电装置模型等较大型试验对象的需求。这些问题在一定程度上限制了诸多依托水槽、水洞进行的相关水动力学试验研究的发展。
【发明内容】
[0004]针对现有实验室水槽和水洞试验设施所存在的问题，本发明推出一种多功能垂直循环造流试验设施，其目的在于将水槽、水洞和造流系统联接形成内部连通封闭的水流垂直循环回路，提供同时具备水槽与水洞功能的实验室试验设施，扩大试验功能，节省室内空间。
[0005]本发明所涉及的多功能垂直循环造流试验设施采用垂向上下两层结构，包括水槽、水洞和造流系统，水槽位于上层，水洞位于下层，造流系统的进水管道和出水管道把水槽和水洞连接起来，形成内部连通封闭的水流垂直循环回路。
[0006]所述水槽为上部开口的长方体结构，两端和槽底为钢筋混凝土材料，侧壁为钢化玻璃。水槽两端的底部设置进水口和出水口，进水口和出水口分别与造流系统的进水管道和出水管道连接。进水口一侧设置整流箱。
[0007]整流箱固定在水槽进水口一侧的槽底上，由环氧树脂板的方形整流格层叠而成，整流箱中心垂线与槽底垂直，每个整流格的水平轴线与槽底平行。
[0008]所述水洞主体为矩形管道结构，设置在水槽下面，水洞的中心轴线与水槽中心轴线平行。水洞的两端分别由造流系统的进水管道和出水管道连接水槽两端底部的进水口和出水口，水洞的底部由底座固定。
[0009]所述水洞由扩张段、稳流段、收缩段和水洞试验段构成，扩张段、稳流段、收缩段和水洞试验段之间通过法兰连接。
[0010]所述扩张段呈矩形喇叭口状，整体为喇叭口状，截面为矩形。扩张段的小口径端连接与水槽出水口相连的造流系统的出水管道，另一端的喇叭口端连接稳流段。扩张段采用碳钢材料制成。
[0011 ]所述稳流段为矩形管道，前端口连接扩张段，后端口连接收缩段。稳流段后段内设置多层整流板，整流板上整流格的大小逐渐减小，用于使水流的流线逐渐均匀平直，用于保持流量稳定。稳流段采用碳钢材料制成。
[0012]所述收缩段呈喇叭口状，截面为矩形，侧壁采用三维维式(Witozinsky)曲线设计，以保证出流速度的均匀性。所述收缩段的前端口连接稳流段，后端口连接水洞试验段。收缩段采用碳钢材料制成。
[0013]所述水洞试验段为矩形管道，两侧壁为透明钢化玻璃，便于试验观察和光学测量。上下两面为不锈钢材料，上壁板可打开，以便试验对象和测量传感器的安装。水洞试验段前端口连接收缩段，后端口连接与水槽进水口相连的进水管道。
[0014]所述造流系统由进水管道、出水管道和造流栗组成。进水管道和出水管道垂直设置在水槽和水洞之间。出水管道连接水槽出水口与水洞扩张段小口径端，进水管道连接水槽进水口与水洞试验段后端。进水管道连接水洞试验段的拐角处设置导流片，导流片采用弧型设计，用于保持水流的平稳。
[0015]所述造流栗设置在水槽出水口下方的出水管道外侧，由底座支撑。造流栗通过法兰与出水管道连接。
[0016]本发明所提供的多功能垂直循环造流试验设施应用时，水槽和水洞充满水，启动造流栗，水流经出水管道进入水洞扩张段，在经过稳定段的整流之后水流变得均匀、稳定，并通过收缩段进入水洞试验段，从而可以进行水洞试验；水流从水洞试验段流出后经进水管道进入水槽进水口，经过整流箱的整流后趋于平直、稳定，并可以在水槽进行试验，之后水流经出水口进入出水管道，形成一个完整的垂直循环过程。
[0017]本发明所涉及的多功能垂直循环造流试验设施充分利用了实验室立体空间，并兼具水槽和水洞功能，既可在水槽进行自由表面流体试验，也可进行大流速的水洞试验，可以充分满足实验室进行多种流体动力学试验的需求。
【附图说明】
[0018]图1为本发明所涉及的多功能垂直循环造流试验设施的结构示意图。
[0019]图中标记说明:
[0020]1、水槽2、进水口3、整流箱
[0021]4、出水口5、出水管道6、造流栗
[0022]7、扩张段8、法兰9、底座
[0023]10、稳流段11、整流板12、收缩段
[0024]13、水洞试验段14、导流片15、进水管道
【具体实施方式】
[0025]现结合附图对本发明的技术方案做进一步描述。
[0026]本发明所涉及的多功能垂直循环造流试验设施的结构如图1所示，包括水槽1、水洞和造流系统，水槽I位于上层，水洞位于下层，通过造流系统的进水管道15和出水管道5把水槽I和水洞连接起来，形成内部连通封闭的水流垂直循环回路。
[0027]所述水槽主体为上方开口的长方体结构，侧壁为钢化玻璃，便于试验观察。水槽I两端的底部设置进水口 2和出水口 4，进水口 2和出水口 4分别与造流系统的进水管道15和出水管道5连接，在进水口一侧设置整流箱3。
[0028]所述整流箱3固定在水槽I的进水口2—侧的槽底