模拟液舱晃荡的可视化多物理量测试系统

本发明涉及测试装置，尤其涉及一种模拟液舱晃荡的可视化多物理量测试系统。

背景技术：

1、液化天然气(lng)作为一种清洁能源，在安全性和环保性等方面均具有明显的优势，已成为世界公认的未来船舶燃料首选。lng海上浮式平台和lng运输船在受到海上风、浪、流的联合作用时，舱内液体会在外部激励作用下，产生晃荡运动。晃荡现象主要由自由液面的运动引起，当外界激励的频率接近液体固有频率时，会产生非常剧烈的液体运动，对液舱壁的结构、液舱内相关设备产生剧烈的砰击，导致lng液舱围护结构失效，造成巨量损失。同时，lng为低温储存，晃荡会破坏由于组分和温度不同导致的密度分层，使具有不同温度的液体交互作用加剧，从而产生剧烈的lng蒸发，增大液舱内部气压，给整个货舱及货物围护系统带来严重威胁。因此，液舱的晃荡问题是lng液舱设计的一大难点。

2、晃荡是高度非线性及随机性的复杂流体运动，在流体冲击过程中伴随着水跃、液面翻转、液面破碎、气液混合、局部相变等复杂的物理现象，迄今为止其理论分析并不完善。因此，需要开展液舱晃荡实验，探究晃荡机理及载荷分布特性。目前，开展液舱晃荡实验面临以下几个方面的问题和挑战：1)天然气易燃易爆，且储存温度极低(-163℃)，因此难以直接使用lng作为工质进行实验；水的物理性质与lng有一定差异，且使用水作为工质难以模拟lng液舱晃荡时局部气液相变现象；2)目前大多数实验装置仅满足气液界面的二维表面可视化，难以观察晃荡过程中的三维流动演化过程；3)目前大多数实验装置仅测量单一动力学或热力学响应，难以反映多场耦合作用；4)液舱本身处于运动中，难以直接测量到液舱的瞬态流场。

3、因此，本领域的技术人员致力于提供一种模拟液舱晃荡的可视化多物理量测试系统，能够反映液舱晃荡时的局部相变特性，实现液舱内液体运动与气液作用过程的高速图像捕捉，完成动力学和热力学响应测试，以及完成晃荡液舱内瞬态流场的定量测量。

技术实现思路

1、有鉴于现有技术上的缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何提供一种能够实现液舱瞬态流场测量的模拟液舱测试系统。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种模拟液舱晃荡的可视化多物理量测试系统，包括：

3、晃荡平台，其能够产生六自由度运动；

4、模型液舱，其与所述晃荡平台连接，内部用于储存晃荡工质；

5、可视化组件，其与所述晃荡平台连接，用于采集所述模型液舱内的图像；

6、温度采集组件，其用于采集所述模型液舱内的温度；

7、压力采集组件，其用于采集所述模型液舱内的压力。

8、进一步地，所述晃荡工质是一氟二氯乙烷。

9、进一步地，所述晃荡平台包括支撑板和分别与所述支撑板的同一侧连接的六组致动器，所述六组致动器的另一端固定。

10、优选地，还包括固定工装，所述固定工装与所述支撑板的另一侧固定连接，所述模型液舱与所述固定工装固定连接。

11、优选地，所述模型液舱由聚酯玻璃通过玻璃胶拼接而成。

12、进一步地，所述可视化组件包括高速摄影仪、固定云台、光源面板，所述固定云台、光源面板固设在所述晃荡平台上，所述固定云台和所述光源面板位于所述模型液舱相对的两侧，所述高速摄影仪固设在所述固定云台上，所述高速摄影仪朝向所述模型液舱，所述固定云台为可伸缩结构。

13、进一步地，所述模型液舱的顶部还设有排气管线、注液管线、压力表，所述排气管线上设有排气阀，所述注液管线上设有注液阀和注液漏斗。

14、进一步地，还包括激光发生器和升降支架，所述升降支架固设在所述晃荡平台上，所述激光发生器固设在所述升降支架上，所述激光发生器朝向所述模型液舱。

15、优选地，所述温度采集组件包括四组温度传感器，所述四组温度传感器沿所述模型液舱内壁的高度方向均匀分布；所述压力采集组件包括九组压力传感器，所述压力传感器分布在所述模型液舱的不同内壁上。

16、优选地，还包括数采计算机，所述数采计算机采集所述温度采集组件、压力采集组件、高速摄影仪的数据。

17、本发明至少具有如下有益技术效果：

18、1、本发明提供的模拟液舱晃荡的可视化多物理量测试系统，以r141b为晃荡工质，能够更好地模拟低温贮存的lng晃荡现象，并能在温和的实验条件下实现局部气液相变。

19、2、本发明提供的模拟液舱晃荡的可视化多物理量测试系统，全透明的聚酯玻璃模型液舱配合高速摄影仪、大功率面板光源，可实现极端海况下液体运动与气液作用过程的可视化，能够分析液体晃荡模式特征及气液相互作用机理，同时满足实验的密封和保温要求。

20、3、本发明提供的模拟液舱晃荡的可视化多物理量测试系统，通过采集压力表、压力传感器和温度传感器信号，可分别得到舱内压力、砰击压力和温度的时历变化曲线，分析晃荡过程的瞬态载荷特性及温度响应规律，实现晃荡液舱内瞬态流场的定量测量。

21、以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

技术特征：

1.模拟液舱晃荡的可视化多物理量测试系统，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的模拟液舱晃荡的可视化多物理量测试系统，其特征在于，所述晃荡工质是一氟二氯乙烷。

3.如权利要求1所述的模拟液舱晃荡的可视化多物理量测试系统，其特征在于，所述晃荡平台包括支撑板和分别与所述支撑板的同一侧连接的六组致动器，所述六组致动器的另一端固定。

4.如权利要求3所述的模拟液舱晃荡的可视化多物理量测试系统，其特征在于，还包括固定工装，所述固定工装与所述支撑板的另一侧固定连接，所述模型液舱与所述固定工装固定连接。

5.如权利要求1所述的模拟液舱晃荡的可视化多物理量测试系统，其特征在于，所述模型液舱由聚酯玻璃通过玻璃胶拼接而成。

6.根据权利要求1所述的模拟液舱晃荡的可视化多物理量测试系统，其特征在于，所述可视化组件包括高速摄影仪、固定云台、光源面板，所述固定云台、光源面板固设在所述晃荡平台上，所述固定云台和所述光源面板位于所述模型液舱相对的两侧，所述高速摄影仪固设在所述固定云台上，所述高速摄影仪朝向所述模型液舱，所述固定云台为可伸缩结构。

7.根据权利要求1所述的模拟液舱晃荡的可视化多物理量测试系统，其特征在于，所述模型液舱的顶部还设有排气管线、注液管线、压力表，所述排气管线上设有排气阀，所述注液管线上设有注液阀和注液漏斗。

8.根据权利要求7所述的模拟液舱晃荡的可视化多物理量测试系统，其特征在于，还包括激光发生器和升降支架，所述升降支架固设在所述晃荡平台上，所述激光发生器固设在所述升降支架上，所述激光发生器朝向所述模型液舱。

9.根据权利要求1所述的模拟液舱晃荡的可视化多物理量测试系统，其特征在于，所述温度采集组件包括四组温度传感器，所述四组温度传感器沿所述模型液舱内壁的高度方向均匀分布；所述压力采集组件包括九组压力传感器，所述压力传感器分布在所述模型液舱的不同内壁上。

10.根据权利要求6所述的模拟液舱晃荡的可视化多物理量测试系统，其特征在于，还包括数采计算机，所述数采计算机采集所述温度采集组件、压力采集组件、高速摄影仪的数据。

技术总结
本发明公开了一种模拟液舱晃荡的可视化多物理量测试系统，包括：晃荡平台，其能够产生六自由度运动；模型液舱，其与所述晃荡平台连接，内部用于储存晃荡工质；可视化组件，其与所述晃荡平台连接，用于采集所述模型液舱内的图像；温度采集组件，其用于采集所述模型液舱内的温度；压力采集组件，其用于采集所述模型液舱内的压力。本发明能够模拟LNG液舱在晃荡过程中的局部相变现象，完成晃荡液舱内瞬态流场的定量测量。

技术研发人员：薛鸿祥,段钟弟,冯硕,袁昱超,唐文勇
受保护的技术使用者：上海交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/6