一种船舶模型外域温排水扩散试验测量装置

摘要

本发明公开了一种船舶模型外域温排水扩散试验测量装置，属于试验测量技术领域。包括：按照实际船舶缩尺比加工的船舶模型，所述船舶模型上设有与实际船舶成对应比例的多个排水口和吸水口；拖曳模块，用于拖曳船舶模型匀速直线行驶；排水模块，用于模拟实际船舶排水口处的温排水的流速和温度；吸水模块，用于模拟实际船舶吸水口处的冷却水的流速和温度；温度测量模块，用于测量船舶模型匀速直线行驶过程中船体外域的温度场。本发明实现了对海上浮式核电平台船冷却水循环系统温排放在环境受纳水域掺混扩散规律的研究，和对冷却水循环系统排水口的温排放对吸水口水温影响的分析。

权利要求

1.一种船舶模型外域温排水扩散试验测量装置，其特征在于，包括：按照实际船舶缩尺比加工的船舶模型，所述船舶模型上设有与实际船舶成对应比例的多个排水口和吸水口；

拖曳模块，用于拖曳船舶模型匀速直线行驶；

排水模块，用于模拟实际船舶排水口处的温排水的流速和温度；

吸水模块，用于模拟实际船舶吸水口处的冷却水的流速和温度；

温度测量模块，用于测量船舶模型匀速直线行驶过程中船体外域的温度场。

2.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述排水模块包括：恒温水箱(8)，用于将水加热至设定温度后进行保温；

排水伺服水泵(9)，用于将恒温水箱中的温水排出；

排水球阀(11)，用于控制温排水的流速；

排水流量计(12)，用于监测排水口处的温排水的流速；

其中，排水伺服水泵(9)和排水球阀(11)通过排水连接管路(10)相连，排水球阀(11)和排水流量计(12)通过排水连接管路(10)相连。

3.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述吸水模块包括：入水伺服水泵(13)，用于将船舶模型外域的冷却水吸入；

入水球阀(15)，用于控制冷却水的流速；

入水流速计(16)，用于监测吸水口处的冷却水的流速；

其中，入水伺服水泵(13)和入水球阀(15)通过入水连接管路(14)相连，入水球阀(15)和入水流速计(16)通过入水连接管路(14)相连。

4.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述温度测量模块包括：多个温度传感器和一个测量耙；

所述温度传感器(17)以矩阵排列的方式布置于测量耙(18)上，用于对船体某一横剖面处流域的温度场进行集中测量；

所述测量耙(18)的外形与船舶模型(1)横剖面一致，并紧致固定于船舶模型(1)的横剖面上，其固定位置根据测量需求沿船长方向进行调整。

5.如权利要求4所述的测量装置，其特征在于，所述测量耙由多个呈网格状的节点阵列组成，所述节点阵列内节点均匀分布。

6.如权利要求5所述的测量装置，其特征在于，所述测量耙的横向筋材和纵向筋材采用薄片状尼龙材料，所述筋材的厚度为0.6cm。

7.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述拖曳模块包括：夹持装置(2)、导航装置(3)、导轮(4)、钢丝拉绳(5)和拖车平台(6)；

所述夹持装置(2)一端安装于船舶模型(1)上，另一端固定于拖车平台(6)上，用于松弛或夹紧船舶模型(1)；

钢丝拉绳(5)一端固定于船舶模型(1)重心处，另一端通过导轮(4)进行导向后固定于拖车平台(6)上；

所述拖车平台(6)，用于为船舶模型(1)运动时提供动力；

导航装置(3)为长直轴承结构，用于保证船舶模型(1)随拖车平台(6)匀速运动时航向稳定。

说明书

一种船舶模型外域温排水扩散试验测量装置

技术领域

[0001] 本发明属于试验测量技术领域，更具体地，涉及一种船舶模型外域温排水扩散试验测量装置。

背景技术

[0002] 对于海上浮式核电平台船而言，其核反应堆散热一般采用海水冷却的方式，冷却海水在带走主机产生的热量后排入大海，在海水洋流以及温度扩散的影响下会造成冷却水入口处的水温升高，影响冷却效果。因此探究海上浮式核电平台船冷却水循环系统温排放在环境受纳水域的掺混扩散规律，分析冷却水循环系统排水口的温排放对吸水口水温的影响，对海上浮式核电平台船冷却水循环系统排水口和吸水口的设计具有重要的指导意义。

[0003] 目前，对于海上浮式核电平台温排水的研究大都停留在数值仿真阶段。对于流体方面而言，数值仿真是指以计算机为依托，运用商用CFD软件来模拟仿真实际的流体流动情况，进而得到实际情况中某些所关注的物理量的变化规律和最终结果。在数值仿真过程中，使用者需考虑湍流模型选择、震荡收敛、单调发散、复杂外形的网格划分等诸多因素，模拟结果比较依赖于上述技术的综合运用，并且在某些情况下，模拟结果会与实际结果偏差较大。

发明内容

[0004] 针对现有数值仿真技术较为依赖使用者的经验、计算结果可信度不高的缺陷和改进需求，本发明提供了一种船舶模型外域温排水扩散试验测量装置，其目的在于提供一种试验测量装置，配合拖曳水池拖车平台可实现对该工况的模拟并完成温度场的测量，试验装置简单，操作便捷，测量结果可靠性高。

[0005] 为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种船舶模型外域温排水扩散试验测量装置，包括：

[0006] 按照实际船舶缩尺比加工的船舶模型，所述船舶模型上设有与实际船舶成对应比例的多个排水口和吸水口；

[0007] 拖曳模块，用于拖曳船舶模型匀速直线行驶；

[0008] 排水模块，用于模拟实际船舶排水口处的温排水的流速和温度；

[0009] 吸水模块，用于模拟实际船舶吸水口处的冷却水的流速和温度；

[0010] 温度测量模块，用于测量船舶模型匀速直线行驶过程中船体外域的温度场。

[0011] 优选地，所述排水模块包括：

[0012] 恒温水箱(8)，用于将水加热至设定温度后进行保温；

[0013] 排水伺服水泵(9)，用于将恒温水箱中的温水排出；

[0014] 排水球阀(11)，用于控制温排水的流速；

[0015] 排水流量计(12)，用于监测排水口处的温排水的流速；

[0016] 其中，排水伺服水泵(9)和排水球阀(11)通过排水连接管路(10)相连，排水球阀(11)和排水流量计(12)通过排水连接管路(10)相连。

[0017] 优选地，所述吸水模块包括：

[0018] 入水伺服水泵(13)，用于将船舶模型外域的冷却水吸入；

[0019] 入水球阀(15)，用于控制冷却水的流速；

[0020] 入水流速计(16)，用于监测吸水口处的冷却水的流速；

[0021] 其中，入水伺服水泵(13)和入水球阀(15)通过入水连接管路(14)相连，入水球阀(15)和入水流速计(16)通过入水连接管路(14)相连。

[0022] 优选地，所述温度测量模块包括：多个温度传感器和一个测量耙；

[0023] 所述温度传感器(17)以矩阵排列的方式布置于测量耙(18)上，用于对船体某一横剖面处流域的温度场进行集中测量；

[0024] 所述测量耙(18)的外形与船舶模型(1)横剖面一致，并紧致固定于船舶模型(1)的横剖面上，其固定位置根据测量需求沿船长方向进行调整。

[0025] 有益效果：本发明中优选上述温度测量模块，测量耙结构简单，功能齐全，可对船体某一剖面处流域的温度场进行集中测量，一次得到多组数据，大大减少了试验工作量；安装方便，移动灵活，可在船体不同平行中体部分进行安装与测量，通过多次改变沿船长的布置位置，可实现对流场温度扩散规律的三维测量。

[0026] 优选地，所述测量耙由多个呈网格状的节点阵列组成，所述节点阵列内节点均匀分布。

[0027] 有益效果：本发明采用多个网格状的节点阵列，从而集中分布放置多个温度传感器；本发明优选节点均匀分布的节点阵列，从而均匀地测量温度场的空间分布。

[0028] 优选地，所述测量耙的横向筋材和纵向筋材采用薄片状尼龙材料，所述筋材的厚度为0.6cm。

[0029] 有益效果：为了尽量减小对温度扩散的影响，本发明采用薄片状尼龙材料(导热性能差)；为了尽量减小对水流的阻塞，本发明优选厚度为0.6cm的筋材。

[0030] 优选地，所述拖曳模块包括：

[0031] 夹持装置(2)、导航装置(3)、导轮(4)、钢丝拉绳(5)和拖车平台(6)；

[0032] 所述夹持装置(2)一端安装于船舶模型(1)上，另一端固定于拖车平台(6)上，用于松弛或夹紧船舶模型(1)；

[0033] 钢丝拉绳(5)一端固定于船舶模型(1)重心处，另一端通过导轮(4)进行导向后固定于拖车平台(6)上；

[0034] 所述拖车平台(6)，用于为船舶模型(1)运动时提供动力；

[0035] 导航装置(3)为长直轴承结构，用于保证船舶模型(1)随拖车平台(6)匀速运动时航向稳定。

[0036] 总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：

[0037] 针对现有数值仿真技术较为依赖使用者的经验、计算结果可信度不高的问题，本发明提出一种船舶模型外域温排水扩散试验测量装置，通过配合拖曳水池拖车平台实现对不同工况下船舶模型排水、吸水过程的模拟并完成温度场的测量，由于该试验能够较为真实地还原实际船舶的外部环境和其冷却水循环系统的工作过程，实现了对海上浮式核电平台船冷却水循环系统温排放在环境受纳水域掺混扩散规律的研究，和对冷却水循环系统排水口的温排放对吸水口水温影响的分析。

附图说明

[0038] 图1是本发明提供的一种船舶模型外域温排水扩散试验测量装置示意图；

[0039] 图2是本发明实施例提供的冷却水入口和温水排出口分布示意图；

[0040] 图3是本发明实施例提供的温度测量耙示意图；

[0041] 在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：

[0042] 1‑船舶模型，2‑夹持装置，3‑导航装置，4‑导轮，5‑钢丝拉绳，6‑拖车平台，7‑拉力传感器，8‑恒温水箱，9‑排水伺服水泵，10‑排水连接管路，11‑排水球阀，12‑排水流量计，13‑入水伺服水泵，14‑入水管路，15‑入水球阀，16‑入水流量计，17‑温度传感器，18‑测量耙，19‑排水管口，20‑入水管口。

具体实施方式

[0043] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

[0044] 运用试验手段开展冷却水循环系统温排水在船体外域的热力特性物理研究，可为其前期设计工作提供可靠的技术支撑。本发明提供了一种船体外域温排水扩散试验测量的装置，配合拖曳水池拖车平台可实现对该工况的模拟并完成温度场的测量。试验一般为缩比模型试验，既需要对船体外部环境的模拟，也需要对温排水过程的模拟。与数值仿真技术相比，试验技术能够更好地反映实际情况的变化，试验结果也更加接近真实值，是检验理论和计算的重要标准。本发明提出的试验装置简单，操作便捷，测量结果可靠性高。

[0045] 如图1所示，本发明提供一种船舶模型外域温排水扩散试验测量装置，包括船舶模型(1)、夹持装置(2)、导航装置(3)、导轮(4)、钢丝拉绳(5)、拖车平台(6)、拉力传感器(7)、恒温水箱(8)、排水伺服水泵(9)、排水连接管路(10)、排水球阀(11)、排水流速计(12)、入水伺服水泵(13)、入水管路(14)、入水球阀(15)、入水流速计(16)、温度传感器(17)、测量耙(18)、排水管口(19)和入水管口(20)。

[0046] 船舶模型(1)为实际船舶线型按照一定缩尺λ比进行加工制造。夹持装置(2)一端固连与船体重心附近，一端固连与拖车平台(6)上，可控制其处于“夹紧”或“松开”状态。导航装置(3)有前后各一个，为长直轴承结构，用于保障船舶模型航行时保持航向稳定。钢丝拉绳(5)一端固定与船舶重心处，一端通过导轮(4)将与拉力传感器(7)相连，在船舶模型(1)随着拖车平台(6)作匀速直线运动时，松开夹紧装置(2)。由于导航杆(3)为轴承结构，与船体上对应的长孔间发生的滚动摩擦，其摩擦力可忽略不计，此时船舶模型(1)仅在钢丝拉绳(5)的拖曳下做匀速运动，船舶模型(1)的航行阻力等于钢丝拉绳(5)上的拖曳力，可通过拉力传感器(7)完成测量。

[0047] 如图2所示，温排水模拟系统包含恒温水箱(8)、排水伺服水泵(9)、排水连接管路(10)、排水球阀(11)若干、排水流量计(12)若干和排水管口(19)若干。将恒温水箱(8)内水加热至设定温度后进行保温，开启排水伺服水泵(9)和排水球阀(11)，此时恒温水箱(8)内水流视排水球阀(11)开启大小以一定速度从排水管口(19)排出，排水流速计(12)可直接读取出水流速，通过调节排水球阀(11)的开启大小，可将水流调节至需要的流速。当有多个排水管口(19)时，可知在排水伺服水泵(9)功率足够的情况下，通过分别调节不同排水管口所对应的排水球阀，可以实现多个不同排水管口流速的独立控制。

[0048] 如图2所示，冷却水吸入模拟系统包含入水伺服水泵(13)、入水连接管路(14)、入水球阀(15)若干、入水流量计(16)若干和入水管口(20)若干。开启入水伺服水泵(9)和入水球阀(15)，此时船底的海水以一定速度从入水管口(20)被吸入，入水流速计(16)可直接读取出水流速，通过调节入水球阀(15)的开启大小，可将水流调节至需要的流速。当有多个入水管口(20)时，可知在入水伺服水泵(13)功率足够的情况下，通过分别调节可不同排水管口所对应的入水球阀，可以实现多个不同入水管口流速的独立控制。

[0049] 如图3所示，温度场测量系统包含温度传感器(17)和测量耙(18)，测量耙(18)外形与船舶模型(1)横剖面一致，可紧致固定于船舶模型的不同横剖面，其由若干组不同呈网格状的节点阵列组成，均匀分布在船底和船侧区域，间隔为4cm。每个阵列的节点上均布置温度传感器(17)，传感器精度为0.01℃，可对测量耙所在船体剖面处流域的温度场进行精确测量。支撑节点的横向和纵向筋材以导热性能差的尼龙材质构成，尽量减小对温度扩散的影响，筋材呈薄片状，厚度为0.6cm，尽量减小对水流的阻塞。试验时装有温度传感器(17)的测量耙(18)可沿着船长方向移动，以实现对船体不同剖面区域的温度场测量。

[0050] 试验测量时，先开启温排水模拟系统和冷却水入水系统，待所有管口的水流速度调至需求值后，启动夹紧夹持装置拖车平台，船舶模型随着拖车平台加速至设计航速后松开夹持装置，此时开始拉力传感器和温度传感器数据采集，完成对该工况的数据采集。

[0051] 本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。