一种海洋立管圆柱扰流实验装置的制作方法

本实用新型涉及一种海洋实验模拟装置，特别涉及一种海洋立管圆柱扰流实验装置。

背景技术：

海洋立管是海洋平台与海底井口间的主要连接件，也是原油开采输出最重要的一个环节。随着我国原油开采逐步向深海延伸，对深水海洋立管扰流的研究成为当今的热点问题。作为海面与油井的一种联系通道，联系方式有多种，固定式平台、浮式平台及钻探船舶等。海洋立管长细比很大，在海洋环境荷载作用下，例如风、浪、内流的作用，可能发生涡激振动，从而加速其疲劳破坏。而海洋立管主要用于输送石油、天然气等原油物品，一旦发生破坏，必将引发严重的环境污染和次生灾害。基于深海立管的大长细比特点，如何对其进行更加准确真实的扰流模拟，不仅具有较大的理论意义，而且具有重要的工程应用价值。

立管数值模拟或者数值试验时，首先需要考虑立管受到流动及尾涡的持续作用；其次需要考虑水面流动与海洋内流作用；再次需要考虑各洋流层温度、盐度等的变化等；同时立管内流体流动的速度方向等对立管扰流的影响同样严重。但是，目前国内大部分海洋立管实验模型，对于立管扰流模型的装置与设备并不能很好的模拟工程实际，从而使得出的结论不具有适用性。

国内有很多高校、研究机构从事海洋立管扰流、涡激振动等研究，但是多以数值实验为主，主要原因在于实验室相对较为庞大实验过程需要耗费大量经费。如我国某高校海洋立管涡激振动试验平台，水池长60m、宽36m，此类实验平台一般实验室难以拥有。同时该实验室运行费用、后期保养等所需经费较高，后期根据实验方案设计改造时难度较大。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种海洋立管圆柱扰流实验装置，以达到占地面积小、功能全、成本低的目的。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案如下：

一种海洋立管圆柱扰流实验装置，包括水槽体，所述水槽体内竖直设置立管，所述水槽体内一侧水平设置多个洋流分层板，另一侧设置水位调节口，所述立管穿过所述洋流分层板；相邻的两层洋流分层板之间设置一个进出水口，所述进出水口通过延伸出水槽体的隔板设置于水槽体外部。

上述方案中，所述立管底部设置注水口，顶部设置液位调节口。

上述方案中，所述水槽体底部设置运动滚轮。

上述方案中，所述水位调节口包括两个，分别设置于水槽体的顶部和底部。

上述方案中，所述立管为刚性立管或柔性立管。

上述方案中，所述进出水口和注水口处均设置流量调节阀。

通过上述技术方案，本实用新型提供的海洋立管圆柱扰流实验装置针对海洋立管圆柱扰流实验装置成本较高、占地面积大，无法有效模拟逆流、层流等流动状态等缺点。通过大尺度等量纲变换的方式，大幅度减少实验水池、立管的尺寸，使其满足占地面积小、功能全、成本低等特点。

本装置模型长5m、宽2米、深1.2米，能够节省实验室空间，在一般实验室均可放置安装，对实验室空间要求较低。

在减少立管扰流模型尺寸基础上，能够通过自动调节注入水的方式实现如下功能：

1、用较简单的结构体实现了立管圆柱扰流试验功能，模拟海洋洋流的分层流动；

2、实验装置能够实现流体的分层流动功能，同时调节进水口的流量能够对各层流动准确控制；

3、通过控制进出水口的进水或出水，可以模拟洋流各层间的对流、逆流现象；

4、可根据实验需要将立管更换为刚性立管、柔性立管等；

5、可根据试验需要调整立管内流体的流速、流向、流型等流态；

6、模型出水口一端配有水位调节口，能够及时调整水槽体内液位变化；

7、洋流分层板可拆卸，增加了实验模拟工况的范围。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本实用新型实施例所公开的一种海洋立管圆柱扰流实验装置立体示意图；

图2为本实用新型实施例所公开的海洋立管圆柱扰流实验装置侧视图。

图中，1、进出水口；2、渐扩口径；3、卡扣；4、立管；5、洋流分层板；6、水槽体；7、水位调节口；8、运动滚轮；9、注水口；10、液位调节口。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

本实用新型提供了一种海洋立管圆柱扰流实验装置，包括水槽体6，水槽体6底部设置运动滚轮8。水槽体6内竖直设置立管4，立管4通过卡扣3固定于水槽体6顶部，立管4底部设置注水口9，顶部设置液位调节口10。水槽体6内一侧水平设置多个洋流分层板5，另一侧设置水位调节口7，立管4穿过洋流分层板5；相邻的两层洋流分层板5之间设置一个进出水口1，进出水口1通过延伸出水槽体的隔板设置于水槽体6外部，隔板与洋流分层板5之间形成渐扩口径2。

本实施例中，水位调节口7包括两个，分别设置于水槽体6的顶部和底部。进出水口1和注水口9处均设置流量调节阀，可以对进出水以及立管中的流体的流量精确控制。

根据需要，立管4可以为刚性立管或柔性立管。

工作原理：

起始时，水槽体6处于空置无水状态，根据实验需求确定立管4的管径以及材质；通过进出水口1(下端均为进出水口，分别由不同进出水开关控制，流量可调节)将水槽体6的水位调至合适水位。

试验时，根据立管4所处的洋流环境，确定立管4所处流层的海水流速，根据流速调节各个进出水口1的水流速度，由于洋流分层板5的存在，每个进出水口1对应一个洋流分层区域；同时洋流分层板5可根据试验需求拆卸，因此可模拟多种洋流情况。试验进行时，注入水位到达或者超过预设水位时，可开启水位调节口7实时调节水槽体6的水位；实际试验过程中立管4内流体的流速、流态、流向、是否空置等工况可根据实际需要调节，立管4可根据试验工况更换，因此径长比、柔性度等亦可满足试验需要。

本立管圆柱扰流实验装置具有以下优点：

1、本装置结构简单，占地面积相对较小、造价较低、移动方便等优点，便于一般实验室安装、使用；同时该装置维护、实验成本等较低。

2、本实验装置的洋流分层板部分，既能根据试验需要模拟各层洋流分层流动状态，同时也能够自由拆卸、组合模拟不同洋流流动状态，通过分层注水的方法实现洋流对立管不同段位的不同冲击。

3、本装置配有水位调节口，能够根据试验需要实时调节实验水槽内水位高度。

4、立管可根据需要灵活拆卸、更换，因此可根据试验工况、试验需求等做更换、调整。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。