流体试验平台的制作方法

1.本公开涉及海洋装备试验平台技术领域，具体地，涉及一种流体试验平台。


背景技术：

2.下潜航器、潜艇等海洋装备在使用过程中经常会出现压力波动、噪声振动等情况，这些因素会暴露海洋装备的具体位置，严重影响其安全使用。
3.因此，实有必要开发能用于对均衡系统、疏水系统不同条件下的管路压力波动、压力冲击规律和振动噪声特性进行试验研究的试验平台，以便能摸索系统低噪声运行和控制规律，用来验证相关新技术和新设备的可行性，为后续海洋相关装备研发提供可靠的数据支撑。


技术实现要素：

4.有鉴于此，根据本公开，提供一种流体试验平台，技术方案如下。
5.一种流体试验平台，包括：
6.常压流体区，用于提供常压流体环境，所述常压流体区包括有试验段；以及
7.高压静止区，用于提供高压环境，所述高压静止区包括有高压罐和设置在所述高压罐内的伸缩件；
8.其中，所述高压罐可拆卸地连接在所述试验段以相对所述常压流体区具有连通状态和隔开状态，在所述高压罐相对所述常压流体区处于连通状态时，所述伸缩件能够伸入至所述试验段内。
9.在一可实施方式中，所述常压流体区还包括有水泵段，所述试验段具有流体入口及流体出口，所述水泵段具有第一端和第二端，所述第一端与所述流体入口相连、所述第二端与所述流体出口相连以形成循环的常压流体。
10.在一可实施方式中，所述第一端与所述流体入口之间具有稳定段和收缩段，所述稳定段具有稳流入口和稳流出口，所述稳定段的横截面积从所述稳流入口至所述稳流出口保持不变，所述收缩段连接在所述稳流出口与所述流体入口之间，且所述收缩段的横截面积从所述稳流出口至所述流体入口逐渐减小。
11.在一可实施方式中，所述稳定段内设置有用于降低湍流强度的稳流件。
12.在一可实施方式中，所述收缩段具有长度l，定义所述稳流出口的口径为d，l＝(0.5～1)
×
d。
13.在一可实施方式中，所述稳流入口与所述第一端之间具有过渡段，所述过渡段具有过渡入口和过渡出口，所述过渡出口的口径与所述稳流入口的口径相等，所述过渡入口的口径与所述第一端的口径相等，且从所述过渡入口至所述过渡出口，所述过渡段的横截面积逐渐增大。
14.在一可实施方式中，所述稳流入口与所述过渡出口之间还具有第一拐角段和第二拐角段，所述第一拐角段和所述第二拐角段内皆设置有导流片。
15.在一可实施方式中，所述流体出口与所述第二端之间具有用于将从所述流体出口流出的流体降速扩压的扩散段，所述扩散段具有扩散入口和扩散出口，所述扩散入口的口径与所述流体出口的口径相等，所述扩散出口的口径与所述第二端的口径相等，且从所述扩散入口至所述扩散出口，所述扩散段的横截面积逐渐增大。
16.在一可实施方式中，所述扩散出口与所述第二端之间还具有第三拐角段和第四拐角段，所述第三拐角段和所述第四拐角段内皆设置有导流片。
17.在一可实施方式中，所述导流片包括弧形段和直线段，所述弧形段的两端上分别连接有所述直线段。
18.本公开具有如下有益效果：基于常压流体区和高压静止区的设置，在需要做高压试验时，将高压罐相对常压流体区处于隔开状态，高压静止区独立，从而能满足做高压试验的需求；在需要做低压试验时，将高压罐相对常压流体区处于连通状态，伸缩件将试验件伸入至试验段内即可；既能满足高压实验的需求又能满足低压试验的需求，从而能用来验证海洋相关装备的可行性，为后续海洋相关装备研发提供可靠的数据支撑；并且，通过将常压流体区和高压静止区分区设置，能大大降低试验平台的建设成本。
19.以下结合附图，详细说明本公开的优点和特征。
附图说明
20.本公开的下列附图在此作为本公开的一部分用于理解本公开。附图中示出了本公开的实施方式及其描述，用来解释本公开的原理。在附图中，
21.图1为根据本公开的一个示例性实施例的流体试验平台的立体图(高压罐相对常压流体区处于连通状态)；
22.图2为根据本公开的一个示例性实施例的流体试验平台拆掉高压静止区的立体图；
23.图3为图2的流体试验平台的俯视图；
24.图4为图1中的导流片的结构示意图；
25.图5为图1中的高压静止区的结构图。
26.图中标号说明：
27.10、常压流体区；11、试验段；111、流体入口；112、流体出口；12、水泵段；121、第一端；122、第二端；13、稳定段；131、稳流入口；132、稳流出口；14、收缩段；15、过渡段；151、过渡入口；152、过渡出口；161、第一拐角段；1611、第一对接端；162、第二拐角段；163、第三拐角段；164、第四拐角段；17、扩散段；171、扩散入口；172、扩散出口；18、导流片；181、弧形段；182、直线段；19、等截面段；20、高压静止区；21、高压罐；22、伸缩件；30、支柱；40、底座；200、试验件。
具体实施方式
28.在下文的描述中，提供了大量的细节以便能够彻底地理解本公开。然而，本领域技术人员可以了解，如下描述仅示例性地示出了本公开的可选实施例，本公开可以无需一个或多个这样的细节而得以实施。此外，为了避免与本公开发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行详细描述。
29.本公开的流体试验平台，主要用于诸如海洋相关设备之类的试验件对均衡系统、疏水系统不同条件下的管路压力波动、压力冲击规律和振动噪声特性进行试验研究，以便用来验证相关新技术和新设备的可行性，为后续海洋相关装备研发提供可靠的数据支撑。
30.如图1至图5所示，流体试验平台包括常压流体区10和高压静止区20。常压流体区10用于提供常压流体环境，基于常压流体环境可以模拟航行状态下分离舵舵叶(舵叶即为后叙的试验件200)的受力曲线，测试负载状态下操舵液压系统的振动噪声特性等等，常压流体区10可以通过多个支柱30安装在底座40上。高压静止区20用于提供高压环境，基于高压环境，可以完成潜航器部件在6mpa的水压试验。
31.常压流体区10包括有试验段11，低压试验时，试验件200设置在试验段11内进行试验研究。高压静止区20包括有高压罐21和设置在高压罐21内的伸缩件22。高压罐21可拆卸地连接在试验段11以相对常压流体区10具有连通状态和隔开状态，在高压罐21相对常压流体区10处于连通状态时，伸缩件22能够伸入至试验段11内，高压罐21与试验段11之间可以通过法兰连接，法兰是可拆卸更换的，在做高压试验时换成全封闭的法兰，将常压流体区10与高压静止区20两个区域隔开，以避免常压的试验段11受到高压；在做低压试验时，可将法兰换成通透的，以便于伸缩件22穿过高压罐21的底部将试验件200放入至试验段11内。也就是说，基于常压流体区10和高压静止区20的设置，在需要做高压试验时，将高压罐21相对常压流体区10处于隔开状态，高压静止区20独立，从而能满足做高压试验的需求；在需要做低压试验时，将高压罐21相对常压流体区10处于连通状态，伸缩件22将试验件200伸入至试验段11内即可，使得试验平台既能满足高压实验的需求又能满足低压试验的需求，从而能用来验证海洋相关装备的可行性，为后续海洋相关装备研发提供可靠的数据支撑；并且，通过将常压流体区10和高压静止区20分区设置，能大大降低试验平台的建设成本。
32.在本公开的一个实施例中，常压流体区10采用封闭循环式结构，具体来说，常压流体区10包括有水泵段12，水泵段12内可以设置水泵，以便泵送流体，试验段11具有流体入口111及流体出口112，流体入口111及流体出口112皆为闭口形式，试验段11在长度方向上(长度方向即对应流体流动方向)可以是等横截面的，流体入口111及流体出口112可以是矩形，矩形的面积可以是1m
×
1mm，试验段11的长度可以是2m，同时，试验段11的壁面上可以安装透明观察窗，便于试验显示和测量。水泵段12具有第一端121和第二端122，第一端121与流体入口111相连、第二端122与流体出口112相连以形成循环的常压流体，常压流体在常压流体区10的流向为：经水泵段12的第一端121流向试验段11的流体入口111，然后从试验段11的流体出口112回流至水泵段12的第二端122。
33.在水泵段12的下游，还可以设置稳定段13和收缩段14。结合参阅图2和图3，第一端121与流体入口111之间具有稳定段13和收缩段14，稳定段13具有稳流入口131和稳流出口132，稳定段13的横截面积从稳流入口131至稳流出口132保持不变(也就是说，稳定段13为等截面的)，收缩段14连接在稳流出口132与流体入口111之间，且收缩段14的横截面积从稳流出口132至流体入口111逐渐减小。若取收缩段14的收缩比为4，则为了对应1m
×
1mm的试验段11，稳定段13的边长可以为2m，收缩段14的整体长度可以为1.7m。未示出的，稳定段13内设置有用于降低湍流强度的稳流件(稳流件在图中未示出)，稳流件可以是蜂窝器和阻尼网。另外，收缩段14长度不能过长，这样会增加生产制造成本，造成浪费；当然也不能过短，这样收缩段14可能起不到减压加速的良好效果，收缩段14具有长度l，定义稳流出口132的
口径为d(由于收缩段14与稳流出口132对应，稳流出口132即为收缩段14的起始端)，在保证收缩段14性能的前提下，l＝(0.5～1)
×
d，在本公开的一个实施例中，d为2m，收缩段14长度l取1.5m，收缩段14的收缩曲线采用维辛斯基曲线。需要说明的是，对于矩形横截面的稳定段13来说，口径对应为矩形的边长，对于圆形横截面的稳定段13来说，口径对应为圆形的直径。
34.水泵段12的横截面尺寸较小，稳定段13的横截面尺寸较大，二者不能够通过直接接触进行连接，为了方便连接，稳流入口131与第一端121之间还具有过渡段15，过渡段15具有过渡入口151和过渡出口152，过渡出口152的口径与稳流入口131的口径相等，过渡入口151的口径与第一端121的口径相等，且从过渡入口151至过渡出口152，过渡段15的横截面积逐渐增大。过渡段15的长度并没有严格的要求，但其长度应适宜，过长会增加试验平台的制造成本，过短又会影响到水泵段12来流的流动特性。
35.再一次参阅图2，稳流入口131与过渡出口152之间还具有第一拐角段161和第二拐角段162，第一拐角段161和第二拐角段162内皆设置有导流片18，第一拐角段161具有与过渡出口152相对接的第一对接端1611，为了保证流体在进入第一拐角段161后不会发生壁面分离，过渡段15在过渡出口152处的外壁面与第一对接端1611的外壁面平齐。为保证流体很好地转弯，第一拐角段161和第二拐角段162都是等截面的，由于流体在转弯位置容易出现曲率中心向外壁的离心力，基于导流片18的设置，能克服离心力作用，使得进入试验段11内的流体具有较好的稳定性和均匀性。
36.导流片18可以呈圆弧薄板形，如图4所示，导流片18包括弧形段181和直线段182，弧形段181的两端上分别连接有直线段182。基于该种结构的导流片18的设置，更能克服离心力作用，使得进入试验段11内的流体具有较好的稳定性和均匀性。
37.为了将试验段11流出的流体降速扩压同时防止出现分离现象，减小沿程的压力损失，流体出口112与第二端122之间具有用于将从流体出口112流出的流体降速扩压的扩散段17，扩散段17具有扩散入口171和扩散出口172，扩散入口171的口径与流体出口112的口径相等以方便对接，扩散出口172的口径与第二端122的口径相等，且从扩散入口171至扩散出口172，扩散段17的横截面积逐渐增大。在本公开的一个具体实施例中，扩散段17采用7
°
扩散角(全角)将试验段11从1m
×
1m扩张到1.4m
×
1.4m。
38.进一步地，扩散出口172与第二端122之间还具有第三拐角段163和第四拐角段164，由于扩散出口172的口径与第二端122的口径相等且为了保证流体很好地转弯，第三拐角段163和第四拐角段164都是等截面的，且第三拐角段163和第四拐角段164内也设置有导流片18，基于第三拐角段163和第四拐角段164内的导流片18的设置，同样能克服离心力作用，使得回流至水泵段12内的流体具有较好的稳定性和均匀性。
39.在本公开的一个具体实施例中，第三拐角段163与第四拐角段164之间可以通过等截面段19连接，等截面段19能将试验段11的流体很好地引导至水泵段12，并保证一定的均匀性避免出现空化等现象，等截面段19的横截面可以为1.4m
×
1.4m，等截面段19的长度可以约为10m。应当能理解地，等截面段19可以根据实际需要取消，也就是说，第三拐角段163与第四拐角段164也可以是直接连接的。
40.对上述实施例的流体试验平台，采用非结构形网格动网格技术求解不可压缩粘性雷诺平均n-s方程来模拟多相流复杂流场结构，以进行常压水流区性能验证计算，模拟计算
结果显示，沿着流体流动方向，试验段内的速度分布均匀，并且在整个截面上未出现明显的低速区，流场均匀。并且，根据计算结果，提取试验段试验区的速度数据，得到试验段的平均速度为3.14m/s，与平均速度的最大偏差为0.04m/s，速度不均匀度为1.3％，湍流度为1.9％，速度不均匀度和湍流度都处于较低水平。
41.综合上述，可以看出，本公开具有如下优点：
42.(1)通过高低压试验分区的思想，大大降低了试验平台的建设成本；
43.(2)常压流体区设计合理，保证了试验段在高节速情况下实现低湍流度；
44.(3)平台整体可以模块化制作，结构简单，易拆装；
45.(4)高压静止区可替换性强。
46.本公开的描述中，需要理解的是，方位词所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开保护范围的限制；方位词“内”、“外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
47.为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在
……
之上”、“在
……
上方”、“在
……
上表面”、“上面的”等，用来描述图中所示的一个或多个部件或特征与其他部件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语不但包含部件在图中所描述的方位，还包括使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的部件被整体倒置，则部件“在其他部件或特征上方”或“在其他部件或特征之上”的将包括部件“在其他部件或构造下方”或“在其他部件或构造之下”的情况。因而，示例性术语“在
……
上方”可以包括“在
……
上方”和“在
……
下方”两种方位。此外，这些部件或特征也可以其他不同角度来定位(例如旋转90度或其他角度)，本文意在包含所有这些情况。
48.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、部件、组件和/或它们的组合。
49.需要说明的是，本公开的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本公开的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
50.本公开已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本公开限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本公开并不局限于上述实施例，根据本公开的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本公开所要求保护的范围以内。本公开的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。