[实用新型]一种验证流固耦合算法的流体驱动结构高速转动试验装置

说明书

(一)技术领域

本实用新型涉及一种能够实现水下结构受高速流体驱动而发生转动的试验装置，尤其涉及一种验证流固耦合算法的流体驱动结构高速转动试验装置，它主要用于验证各种流固耦合仿真算法的准确性、适用性，并代替复杂昂贵的水下试验，研究结构动态响应与流体驱动参数之间的关系，通过试验数据探索流固耦合机理与尺度律，为水下结构设计提供理论依据，属于海洋船舶工程和武器工业工程技术领域。

(二)背景技术

板是水下结构设计的基本单元。薄板受高速水流冲击而发生运动及变形的过程是一个流体-结构相互作用过程。由于板的运动及变形，改变了流体域的边界；进而改变流域中压强分布，特别是流体作用在固体表面上的压强载荷大小及分布；又进一步改变了结构运动规律及变形，如此交互作用。薄板在水下受流体驱动绕轴转动问题，是一个具有大位移及弹性变形的瞬态过程，即典型的流固耦合过程。国内外对这类问题只有少量的理论和仿真分析，基本没有涉及试验验证。但是如果对该问题进行试验分析，可以更加准确的掌握流固耦合现象，并且可以评估仿真方法的准确程度，更进一步的修正仿真模型，得到更加准确的仿真结果。

一般情况下，设计到流体力学的试验研究包括流固耦合试验研究，大多应用到水洞试验装置。水洞设备作为流体力学试验研究的通用设备，设备尺寸较大，空间占用较大，推动水流动的动力系统功率很大，能源消耗和试验费用很大，如果试验器件按照1∶1制作，制作周期较长，制作成本很高，试验过程中测量元件的安装和测试也不够方便。

因此，特别设计一个满足这一类问题的流固耦合试验装置，既满足试验要求，又可以减少成本节省能源，有效的测量数据，快速便捷的完成试验。

(三)实用新型内容

1、目的：

本实用新型的目的是提供一种验证流固耦合算法的流体驱动结构高速转动试验装置，它针对水下高速转动机构，为仿真方法提供试验参考值，以此评估仿真方法的准确程度；通过试验，从系统角度掌握流体驱动力矩、转动角度位移、转动叶片上的应力应变之间的相互影响规律；通过采用不同尺度的试验装置，探索如何利用小尺度缩比实验的结果还原出原型系统的响应特性，为水下大尺度结构设计提供理论指导；研究水下结构运动学控制与限位机构碰撞吸能。

2、技术方案：

见图1，本实用新型一种验证流固耦合算法的流体驱动结构高速转动试验装置，它包括水箱、水箱支架、PVC管路、靶式流量计、蝶阀、水槽、转轴、轴承、轴承座、薄板、应变片、档杆、角位移传感器、抱紧式弹性联轴器、动态应变仪和智能信号采集处理分析仪。它们之间的位置连接关系是：

水箱放在水箱支架上，置于装置最高处，水箱底部与PVC管路一端相连通，PVC管路的另一端与水槽侧面进水口相连；靠近水槽进水口处的PVC管路安装蝶阀，在进水口和蝶阀之间的PVC管路的上端安装靶式流量计；水槽中临近进水口处竖直安装转轴，转轴两端通过轴承和轴承座与水槽上下两端相连；转轴中部开有通槽，薄板插入通槽中，用垫片和螺栓固定；薄板和靶式流量计上的应变片引出的导线连接动态应变仪和智能信号采集处理分析仪来采集应变变化时间数据；档杆从水槽上端面竖直插入到水槽下底面的圆形槽座中进行安装，此位置在薄板从初始位置绕轴转动40°处；角位移传感器通过抱紧式弹性联轴器与转轴柔性连接，角位移传感器引出的导线与角位移传感器的数据采集板连接，采集转轴转角变化时间数据。

所述水箱是盒式结构的箱体，无上端面，下端面开有圆孔；

所述水箱支架是L形角式支架，用于水箱的支撑和固定；

所述PVC管路，其与水箱连接部分与地面垂直，与水槽连接部分与地面平行，两部分用直角弯头连接；

所述靶式流量计，是由靶杆、靶杆套筒和靶杆支座构成，靶杆粘贴固定在靶杆支座上，靶杆外有靶杆套筒包裹，靶杆端部露在靶杆套筒外面；该靶杆为片状工字结构，正反两面贴有应变片；该靶杆套筒为圆管结构；该靶杆支座圆柱结构，其中部设置有沟槽。

所述蝶阀，与PVC管路用法兰盘连接，为市购件；

所述水槽是盒式结构的箱体，上端面有约2/3为敞开口，侧面开有一进水口，另一侧面和底面有排水口和放水口；

所述转轴分为三部分，转轴上半轴、转轴中间轴和转轴下半轴；转轴上半轴和转轴下半轴以轴承分别与水槽上下面轴向和径向固定连接；转轴中间轴中间部分开有通槽，用于插入和固定薄板，转轴中间轴侧面开有4个通孔，用于螺栓固定薄板；转轴中间轴分别与转轴上半轴和转轴下半轴用一对联轴器相连。

所述轴承是7207B角接触轴承，为市购件；

所述轴承座是与7207B角接触轴承配套的轴承座；