[发明专利]一种移动式水体表面漂浮物质受力测量装置及方法

权利要求书

1.一种移动式水体表面漂浮物质受力测量装置的受力测量方法，其特征在于：所述装置包括:

水槽；

漂浮物，所述漂浮物具有配重功能；

牵引力测量装置，所述牵引力测量装置与所述漂浮物相连接，用于牵引漂浮物运动获取总牵引力的数据；

切应力测量装置，所述切应力测量装置用于获取所述漂浮物移动过程中接触水面的水流切应力数据；

移动平台，所述移动平台沿水槽驱动所述牵引力测量装置、切应力测量装置移动；所述水槽腔体内设置有导轨；所述移动平台包括：

作业平台，所述作业平台用于承载牵引力测量装置、切应力测量装置；

滚动轮，所述滚动轮包括两个从动轮以及两个用于驱动作业平台沿着水槽导轨移动的驱动轮；

变频控制电机，所述变频控制电机与两个驱动轮相连接，并设置电机功率控制所述作业平台运动速度；

导轨卡扣，所述导轨卡扣固定于作业平台，用于限制作业平台前进方向；

移动滑轮，所述移动滑轮连接于导轨卡扣，用于抵触导轨；所述牵引力测量装置包括：

测力传感器，所述测力传感器与漂浮物保持在同一平面；

测力传感器记录仪器，所述测力传感器记录仪器通过测力传感器数据连接线获取测力传感器的信号，并保存数据；

牵引软绳，所述牵引软绳一端固定于测力传感器，另一端与漂浮物相连接；

固定件，用于安装测力传感器，并调节高度；所述方法包括以下步骤：

步骤1、调节固定件的高度，使得测力传感器始终与漂浮物保持在同一平面；

步骤2、在静水条件下，控制移动平台以设定好的速度运动，带动漂浮物运动，通过牵引力测量装置获取漂浮物受到的水体总牵引力，通过切应力测量装置获取漂浮物底部切应力，计算的粘滞阻力和压强阻力，为漂浮物在流速切向上的投影面积；使得压强阻力与粘滞阻力精确分开；

步骤3、设置电机功率使得移动平台以不同速度和加速度在水槽上滑动，设置不同形状密度和厚度的漂浮物，记录多组数据；

步骤4、采用控制单一变量法，分别计算压强阻力与粘滞阻力在不同流速差值、水深、漂浮物密度形态影响因素的变化系数，得出漂浮物的漂移机理；所述压强阻力与粘滞阻力在不同流速差值、水深、漂浮物密度形态影响因素的变化系数的计算方法如下：

漂浮物漂移过程中受到的水流力表示为；

其中，为漂浮物质量；为漂浮物漂移速度；为时间; 为压强阻力；为粘滞阻力；为压强阻力系数；为水体密度；为水流流速；为漂浮物在流速法向上的投影面积；为粘滞阻力系数；为漂浮物在流速切向上的投影面积；其中，与漂浮物的平面形状特征，密度，厚度有关，与雷诺数和糙率有关，则压强阻力系数与粘滞阻力系数的表达式为：

其中，表示形状特征的无量纲参数，当漂浮物的平面投影为矩形时，，当为其他形状时，；为漂浮物浸没水中部分的厚度；为漂浮物的特征长度，取漂浮物沿水流方向的长度；、、为二次函数的待定系数；为漂浮物厚度，；为漂浮物的密度； 为雷诺数，，为运动粘度，为糙率；

，；、、为层流过程中二次函数的待定系数；、、为紊流过程中二次函数的待定系数；

通过实际测得的和，计算得到相应的粘滞阻力系数和压强阻力系数。

2.根据权利要求1所述的一种移动式水体表面漂浮物质受力测量装置的受力测量方法，其特征在于：所述固定件通过齿轮与作业平台相连接，所述齿轮与转动轴啮合，所述转动轴转动时带动齿轮使固定件上下运动，且所述转动轴设置有用于方便转动的转动轴把柄。

3.根据权利要求1所述的一种移动式水体表面漂浮物质受力测量装置的受力测量方法，其特征在于：所述切应力测量装置包括：

切应力传感片；

切应力数据记录仪，所述切应力数据记录仪通过连接数据线与所述切应力传感片相连接，用于记录切应力数据，设置与测力传感器记录仪器同步开启记录；

其中，所述连接数据线的材质为软性。

4.根据权利要求1所述的一种移动式水体表面漂浮物质受力测量装置的受力测量方法，其特征在于：所述导轨卡扣分别固定于作业平台的两侧面，其向下延伸至导轨下方，并构成L型，所述作业平台的两个侧面的导轨卡扣分别连接有同一直线分布的两幅移动滑轮，两幅所述移动滑轮的间距大于相同侧的两个滚动轮间距，且两幅所述移动滑轮的间距的为整个导轨卡扣的长度的3/5，所述导轨卡扣的长度为整个作业平台的4/5。