一种用于围油栏溢油围控实验的波流水槽的制作方法

本实用新型属于围油栏溢油围控实验装置技术领域，尤其是涉及一种用于围油栏溢油围控实验的波流水槽。

背景技术：

世界经济快速发展使得石油及其应用领域飞速发展,海洋石油运输迅速增长,增加了海上石油污染的风险,海洋正承担着巨大的环境污染损害。世界各国对这一问题非常重视,国际上己制定了许多相关公约和法规,但是目前还没有一种有效的方法完全阻止其发生。这些溢油形成油膜覆盖在水面上，不但浪费了珍贵的石油资源，还会阻隔水气交换的过程，影响到生物链循环，破坏水体的生态平衡，对水体生物造成严重的危害。若不及时处理，会对我们的生态环境以及人类健康带来重大的危害。

目前处理溢油大多采用围油栏围挡配合收油机收集的方式围控。利用波流水槽研究围油栏水动力特性并以此为基础加以围油栏结构改进是必要而有意义的。波流水槽指的是同时具备造波、造流能力的功能性水槽，主要进行波浪以及水流、与海洋工程建筑物相互作用的断面模型、局部模型和构件模型实验研究。模型实验开展往往要考虑合适的相似准则以及缩放比尺，通常的，弗罗德数相似准则在模拟围油栏水动力特性时优先考虑。考虑到溢油实验的特殊性，典型的溢油失效(如油滴夹带失效以及临界累积失效)取决于油、水界面的稳定性，而油水界面的失稳主要取决于油水相对密度、油品粘度以及油水界面张力系数是否满足开尔芬-赫姆霍兹稳定条件，与围油栏的几何尺寸无关，油滴的形成、脱落只能通过原型实验来模拟；油滴越过围油栏主要与大尺度涡旋等流场运动有关，受到几何比尺的影响，因此可以考虑弗洛德数相似准则来模拟失效过程。

在描述围油栏水动力特性的过程中，波浪参数以及围油栏的结构尺寸，按照几何比尺缩放，而水流条件需要提供相当于原型的水力要素。几何比尺可以根据造波机实际造波能力确定，一般可以满足。但是造流系统一般很难形成均匀、稳定且高流速(约0.5～2节)的流场，这与水槽安置高度，造流泵扬程、流量等诸多因素有关。

在波流水槽开展围油栏溢油围控测定实验过程中，水槽水流流量和波浪系统是检定围油栏水动力以及溢油特性的相当关键的环节，对于定量分析围油栏水动力以及溢油失效机理具有重要意义。需要解决在进行实验过程中模拟现实波流条件时流速无法满足实验要求的缺陷。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型旨在提出一种用于围油栏溢油围控实验的波流水槽，可以方便实验人员进行流速管理和控制，为围油栏水动力性能测定实验提供技术保障。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种用于围油栏溢油围控实验的波流水槽，包括水槽和其内外安装的实验仪器，所述实验仪器包括数据采集控制系统和与其连接的流速实时监测系统、波高实时监测系统、造波系统、造流系统；所述水槽的底部设置有连接造流系统的造流水泵入水口和造流水泵出水口，所述水槽内中部通过间隔板沿水槽的纵轴平行线分割开，所述间隔板与水槽的长边平行，所述间隔板一侧的左右两端均采用渐扩张导流板接触水槽内壁进行封堵。

进一步的，所述水槽为一长方体容器，材质为钢化玻璃或不锈钢。

进一步的，所述水槽内靠近造流水泵入水口的一端也放入片状消波格栅。

进一步的，所述造波系统包括推波板、交流伺服电机、丝杠和驱动控制器，所述交流伺服电机与驱动控制器连接，驱动控制器与数据采集控制系统连接，所述交流伺服电机的输出轴通过丝杠连接推波板，牵引推波板在水槽的左端进行前后运动。

进一步的，所述造流系统主要由水泵、水泵控制器、水循环管道组成，所述水循环管道设置在水槽外面，水循环管道的两端分别连通造流水泵入水口和造流水泵出水口，所述水泵安装在水循环管道上，所述水泵与水泵控制器连接，水泵控制器与数据采集控制系统连接。

进一步的，所述流速实时监测系统包括流速传感器，所述流速传感器安装在水槽内部间隔板前面的试验段的中部。

进一步的，所述波高实时监测系统包括波高传感器，所述波高传感器安装在水槽内部间隔板前面的试验段的中部。

进一步的，所述数据采集控制系统包括连接在一起的计算机和计算机控制接口总成，所述的计算机控制接口总成设有四个计算机控制接口，分别与波高实时监测系统、流速实时监测系统、造波系统和造流系统相连接。

进一步的，所述间隔板的长度为6～10个波长的长度。

进一步的，所述造流水泵出水口处安装有导流板。

相对于现有技术，本实用新型具有以下优势：

(1)利用本实用新型的波流水槽开展围油栏水动力性能测试实验，满足在模拟现实波流条件时流速的实验要求；

(2)本实用新型的结构简单，设计合理。

附图说明

构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型实施例所述波流水槽的俯视图；

图2为本实用新型实施例所述波流水槽的正视图。

附图标记说明：

1-水槽，2-造流水泵入水口，3-消波格栅，4-水循环管道，5-水泵，6-水泵控制器，7-造流水泵出水口，8-推波板，9-丝杠，10-交流伺服电机，11-驱动控制器，12-流速传感器，13-波高传感器，14-渐扩张导流板，15-间隔板，16-计算机，17-计算机控制接口总成，18-水泵控制器接口，19-流速传感器接口，20-波高传感器接口，21-驱动控制器接口，22-计算机控制接口Ⅰ，23-计算机控制接口Ⅱ，24-计算机控制接口Ⅲ，25-计算机控制接口Ⅳ，26-间隔封闭区，27-观察区。

a表示实验段，

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

一种用于围油栏溢油围控实验的波流水槽，如图1、2所示，包括水槽1和其内外安装的实验仪器，所述实验仪器包括数据采集控制系统和与其连接的流速实时监测系统、波高实时监测系统、造波系统、造流系统。

所述水槽1作为测试实验所用液体的容器，为一长方体容器，材质为钢化玻璃或不锈钢等；在水槽1的底部设置有造流系统的造流水泵入水口2和造流水泵出水口7，并在造流水泵出水口7处安装有导流板；

从水槽1的前端(即靠近造流水泵出水口7位置为前端)-按照合适的分割比例(根据所需要放大的流量比例的倒数)，通过间隔板15将水槽1从中部沿纵轴平行线分割为两个独立子区域，所述间隔板15与水槽1的长边平行，所述间隔板15一侧的左右端采用渐扩张导流板14接触水槽1内壁进行封堵；所述间隔板15采用钢化玻璃或者复合板材等；所述间隔板15的长度，即两个独立子区域之间的间隔段长度为6～10个波长，根据实验对象不同，需要的波形也不同，需要先由实际实验要求进行预计长度，灵活性大。

所述间隔板15所在水槽段为实验段，间隔板15与其一侧两端的渐扩张导流板14围成的封闭区域为间隔封闭区26，而间隔板15的另一侧为观察区27；所述间隔板15的左边的渐扩张导流板14采用片状消波格栅按照合适坡比渐变连通水槽1左端的非实验段一侧子区域水槽，以保证水流可以沿片状消波格栅间隙流动，片状消波格栅的材料长度根据非实验段波浪能否有效消除而调整，且不能影响实验段实验观察。同时，水槽1的靠近造流水泵入水口2的一端的半开放间隔区域中也放入消波格栅3作进一步消能处理。

所述数据采集控制系统包括连接在一起的计算机16和计算机控制接口总成17，所述的计算机控制接口总成17设有四个计算机控制接口，并分别与波高实时监测系统的波高传感器接口20、流速实时监测系统的流速传感器接口19、造波系统的驱动控制器接口21、造流系统的水泵控制器接口18相连接。所述计算机16通过分别对流速与波浪的信号信息连续采集、处理和存储，以及利用LabVIEW控制软件完成对造流、造波系统的控制。

所述流速实时监测系统包括流速传感器12，所述流速传感器12安装在水槽1内部间隔板15的前面中部，通过导线与计算机16的计算机控制接口Ⅰ22连接，实现流速信号信息的连续采集、处理和存储。

所述波高实时监测系统包括波高传感器13，所述波高传感器13安装在水槽1内部间隔板15的前面中部，通过导线与计算机16的计算机控制接口Ⅱ23连接，实现波高信号信息的连续采集、处理和存储。

所述造波系统用于围油栏水动力测定实验中模拟波浪，包括推波板8、丝杠9、交流伺服电机10和驱动控制器11，所述交流伺服电机10通过导线与驱动控制器11连接，驱动控制器接口21通过导线与计算机16的计算机控制接口Ⅲ24连接，所述交流伺服电机10的输出轴通过丝杠9连接推波板8，牵引推波板8在水槽1的左端进行前后运动，计算机16通过LabVIEW软件控制交流伺服电机10工作，可以产生波高为0.01-0.2m，频率为0-50Hz的波浪。

所述造流系统用于围油栏水动力测定实验中模拟水流，主要由水泵5、水泵控制器6、水循环管道4组成，所述水循环管道4设置在水槽1外面，水循环管道4的两端分别连通造流水泵入水口2和造流水泵出水口7，所述水泵5安装在水循环管道4上，所述水泵5通过导线与水泵控制器6连接，水泵控制器6的接口通过导线与计算机16的计算机控制接口Ⅳ25连接，计算机16通过LabVIEW软件控制水泵5可以产生定流速的水流。

水槽1采用整体造流的方法,以满足流场模拟的需要。造流系统采取内循环方式，大功率水泵5通过水循环管道4连接造流水泵入水口2吸取水槽1中的水,经水泵5加压后从安装在水槽1另一端下部连接造流水泵出水口7的喷嘴中喷出高压水流,喷射出的水流以及带动周围的水流比较均匀,从而在水槽内部形成了均匀稳定的水流。流速的调节由水泵控制器6控制并调整水泵5的转速来实现。整体造流系统的优点是模拟的水流场比较均匀稳定,其局限性是:造流能力有限,能够产生的最大流速一般在0.3m/s左右。

所以，为了满足围油栏水动力性能测定实验的水槽需要大流量的水流的要求，提高流量是通过分隔板15局部分隔水槽1的方法。

本实施例以长、宽、高为45米、0.5m、1.1米，最大造波的波长3米，扩张流量2倍为例进行说明。

水槽1的分隔段前端距离水槽1的造流水泵出水口7的长度为10米，水槽1的分割段长度为25米，分隔段前端渐变坡比取1:3，水槽间隔区域的分割比例为1：1。采用局部分割水槽法再造流的优点是:具有产生较高流速的能力,最大流速可达0.6m/s。

实验前，调整间隔段前端消波格栅连接坡比，以及非实验段与间隔段长度、材料长度，以实验段通过连续6～10个姿态较好波浪为准。

使用波流共存滤波分析软件计算波流共存条件下实验段理论值，并根据此理论值开展波流实验滤波准备工作。

利用本实用新型的波流水槽进行围油栏溢油围控实验的步骤如下：

1)在水槽1中安装流速传感器12和波高传感器13并固定，放入80cm高的水；

2)开启实验所需设备，造波系统、水泵5、计算机16，检查设备是否正常；

3)通过LabVIEW软件控制水泵5，水流速度设定从10％-100％依次逐渐增大，每组实验要求流速稳定后进行下一步；

4)通过LabVIEW软件控制造波系统工作，波浪高度从0.02m-0.2m依次逐渐增大；

5)通过流速传感器12、波高传感器13实时采集并记录当前时刻的流速与波高；

6)通过波流共存滤波分析软件计算流速，流速的计算方法，见附录2；

7)将水槽1内采集的流速与计算流速相比较，得出结果，因为管道流体会有能量流失，实际数值和理论值不完全相同。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。