一种通过人工通气方法模拟船底气泡输运环境的实验系统与流程

本发明属于船舶与海洋工程技术领域，具体涉及一种通过人工通气方法模拟船底气泡输运环境的实验系统。

背景技术：

随着人类对海洋资源需求的日益增加，对海洋资源的勘探也越来越紧迫，勘探型船艇开始被研制和应用。此类船艇为实现勘探功能，大量使用声学设备。为了避免或减小外界流体对勘探设备造成直接冲击，在船中部设置月池结构，用以下放声学设备。月池结构垂直贯穿甲板到船底，直接连通外界海水，避免了流体直接冲击，同时不影响声学设备勘探功能。

然而实际应用过程中，发现船艇除了在月池内布置声学设备，还会在月池后方布置声学设备。月池布置在船中，导致船体在船中发生中断，形成不连续结构。加之月池内流体直接与外界海水连通，月池内流体发生剧烈运动，在月池壁面处不断发生砰击，因此月池内形成大量气泡。除此之外，船艇首部及侧推等位置，由于船体的运动，也会产生大量气泡，此类气泡会进入月池内，或到达月池后方的仪器位置。气泡量累计到一定程度，会导致勘探仪器工作失常。

为解决此类问题，需要开展相关实验研究气泡沿船身周边的输运过程。实船研究费用高，检测效果差，因此在实验室环境下模拟船舶航行状态、船体周边气泡运动状态极为重要。然而，实验室环境下，经缩比换算后，模型船速度小，航行时间短，气泡生成量少，与实船相差较大。因此需要在实验室环境下，进行人工通气，模拟实船周边气泡输运。合理设计气泡通气方式、通气位置、通气量大小，具有重要意义和工程实用价值。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供可以模拟船艇在行进过程中底部月池、侧推等处产生气泡的一种通过人工通气方法模拟船底气泡输运环境的实验系统。

本发明的目的通过如下技术方案来实现：包括船体模型和气源系统；所述的船体模型的首部两侧开设有侧推安装孔，在船体模型的中部设置有月池；在所述的船体模型的首部布置有间隔相同的一排气孔，气孔沿船首处自由液面以下型线依次向下布置，且相邻的两个气孔的半径不同；在所述的船体模型上沿侧推安装孔后半部分半圆轮廓布置有间隔相同的半圈气孔，且相邻的两个气孔的半径不同；在所述的月池底面的前后两侧分别布置有一排气孔，气孔沿与船体轴线垂直的直线布置，单侧两个气孔的最大距离为月池的直径，且相邻的两个气孔的半径不同；所述的气源系统包括空气压缩机、储气罐、压力表、气阀开关、流量计和整气罐；所述的空气压缩机将压缩空气打入至储气罐中，在储气罐上设有气压表，储气罐输出口依次通过阀门开关、流量计及压力表连接至整气罐组，每个整气罐都与一组孔通过管路连接。

本发明的有益效果在于：

本发明结构布置合理，能准确地模拟出月池型船艇在行进过程中底部月池、侧推等处产生气泡时的真实情况，为船体开口产生气泡的时空分布规律等实验及研究提供了可靠的前提条件。

附图说明

图1为本发明的总布置示意图。

图2(a)为本发明中月池处气孔布置的总体示意图。

图2(b)为本发明中月池处气孔布置的俯视图。

图3(a)为本发明中侧推处气孔布置的总体示意图。

图3(b)为本发明中侧推处气孔布置的侧视图。

图4(a)为本发明中船首处气孔布置的总体示意图。

图4(b)为本发明中船首处气孔布置的主视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述。

本发明涉及一种在船体周边进行人工通气，模拟船底气泡输运环境的装置，特别涉及一种通过人工通气方法模拟船底气泡输运环境的实验系统，属于船舶与海洋工程技术领域。本发明的目的是为模拟船艇在行进过程中底部月池、侧推等处产生气泡。本发明结构简单、灵活度高，且能达到良好的气泡模拟效果。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种通过人工通气方法模拟船底气泡输运环境的实验系统，包括侧推、月池型船体模型及其气孔管线的布置、气源系统的结构。所述侧推设置在船体首部；所述月池设置在船体中部，呈圆柱体；气孔共分为五组分别布置在船首、两处侧推的后侧及月池底面的前后两侧，最后通过气源系统将一定气压的气体输送到四组送气钢管产生气泡。

所述的气孔管线布置，包括了其布置的间隔、粗细及排列的方式。首先在船首处自由液面以下10mm处向下依次布置10个相同间隔的气孔，且气孔的直径大小呈1.5mm和3mm相间排列，如此布置的目的是为了模拟实际气泡发生过程中大小不一的情况；其次在侧推孔的后半部分同样向下依次布置10个相同间隔的气孔，气孔的直径大小呈1.5mm和3mm相间排列，而只在侧推孔的后半部分布置气孔是由于前半部分所生成的气泡对月池周围气泡空间分布的影响很小，可以忽略。最后在月池底面的前后两侧分别布置16个直线排列的气孔，排列的方向与船体轴线垂直，单侧两个气孔的最大距离即为月池的直径，气孔的直径大小呈1.5mm和3mm相间排列。

所述的气源系统的结构，包括空气压缩机、储气罐、压力表、气阀开关、流量计和整气罐。其中空气压缩机将压缩空气打入至储气罐中，以得到气压稳定的气源，气压值可由储气罐上的气压表读出，储气罐输出口后依次接有阀门开关、流量计及压力表，以实现气路的开启与关闭及流量、气压的实时监控，随后气体被分流到四个整气罐中，每个整气罐都与一组特定直径大小的气孔通过3d打印下管沟槽或者船体埋入暗管连接。

本发明结构布置合理，能准确地模拟出月池型船艇在行进过程中底部月池、侧推等处产生气泡时的真实情况，为船体开口产生气泡的时空分布规律等实验及研究提供了可靠的前提条件。

实施例1：

本发明中月池13可为矩形或圆形(5m×5m(直径×吃水))。

如图1所示，空气压缩机1将空气打入储气罐2内，得到气压稳定的气源，气压表3可读取储气罐2的气压值，总阀门4控制主气路的开闭，气压表5和流量计6依次接在总阀门4之后，读取主气路中实时的气压和流量值，随后主气路被分为四条分别接到四个储气罐上，且各储气罐均接有阀门控制该气路的开闭，以此实现对四组气孔的分别控制。其中储气罐7对月池处两组气孔中16个1.5mm的气孔供气，储气罐8对月池处两组气孔中16个3mm的气孔供气，月池处两组气孔14的布置方式如图2所示；储气罐9对两个侧推及船首处15个1.5mm的气孔供气，储气罐11对两个侧推及船首处15个3mm的气孔供气，两个侧推及船首处三组气孔15和16的布置方式如图3和图4所示。

各出气孔均位于船体的表面，供气管道通过3d打印下管沟槽或者船体埋入暗管与各储气罐相连。月池由于直径相对于船体较大，在船艇行进中产生的气泡数量相较其余各处更多，因此在月池处设有两组共32个气孔；侧推贯穿船体，行进中在船体两侧均会产生气泡，但由于侧推前半部分所生成的气泡对月池周围气泡空间分布的影响很小，可以忽略，因此只在两处侧推的后半部分设各10个气孔；根据船首处实际中的气泡发生情况，在船首自由液面以下10mm处直至底端设有相同间隔的10个气孔。各处气孔均采用直径大小不同的相间排列，其目的是为了模拟实际气泡发生过程中大小不一的情况，通过调节气压大小和阀门开口大小又可以对各组气孔所产生气泡的数量及大小进行控制，以此能够模拟出符合实际的气泡发生情况。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。