【技术实现步骤摘要】
本技术涉及近岸环境流体力学及相关水动过程领域，具体涉及一种近岸平台桩柱群中多相流扩散预测的测量装置。
技术介绍
1、多相流是指多种流体间因组分差异引起水平或垂直压力梯度而驱动的物理过程，其可以长距离运输营养物质和污染物而极大地影响水生环境。广泛发育多相流的海洋、河口以及湖泊等环境，其典型特征之一是可溶解成分或温度沿深度分布不均匀，从而形成垂直浓度梯度以明显改变多相流的动力特性。此外，近岸平台桩柱群在水生环境中普遍存在，如海底电缆、管道、钻油桩等，可以显著调整多相流的传播过程和湍流结构。因此，环境流体的垂向浓度梯度和近岸平台桩柱群是真实条件下多相流演化所遇到的重要环境因子。从自然环境保护以及工业工程安全的角度来看，目前尚需要准确有效的物理装置和理论模型来预测多相流在近岸平台桩柱群中的演化过程，以此为环保部门、工程勘察设计人员等提供科学支持。
技术实现思路
1、本技术针对现有近岸环境流体力学及相关水动过程领域的技术空缺，提出了近岸平台桩柱群中多相流扩散预测的装置。具体地说，采用多相流自配系统精确地生成主相流和存在垂向浓度梯度的次相流；图像采集屏实时捕捉主相流的锋面位置和界面倾角；通过装置获取的数据集建立近岸平台桩柱群中多相流扩散预测的理论模型。
2、本技术采用的技术方案是：
3、近岸平台桩柱群中多相流扩散预测的装置，包括四个子系统：多相流自配系统、主槽体系统、桩柱群系统、辅助测量系统。
4、所述多相流自配系统为所述主槽体系统提供主相流和存在垂向浓度梯
5、所述多相流自配系统包括第一导管、第一阀门、第一灵敏流量计、第一水泵、主相流生成槽、第二导管、第二阀门、第二灵敏流量计、第二水泵、压力中转槽、第三导管、第三灵敏流量计、第三水泵、间隙流蓄水池、压力管、次相流生成槽、第四导管、第三阀门、第四灵敏流量计、第四水泵；第一阀门、第一灵敏流量计及第一水泵安装于第一导管上；第一阀门控制第一导管的启闭；第一灵敏流量计控制通过第一导管的主相流流量；主相流生成槽用以配置和存放主相流；第一导管连接主相流生成槽和所述主槽体系统；第一水泵将主相流生成槽中的主相流泵入所述主槽体系统的右侧；第二阀门、第二灵敏流量计及第二水泵安装于第二导管上；第二阀门控制第二导管的启闭；第二灵敏流量计控制通过第二导管的主相流流量；压力中转槽通过恒压混合主相流以及间隙流；第二导管连接主相流生成槽和压力中转槽；第二水泵将主相流生成槽中的主相流泵入压力中转槽的底部；第三水泵、第三灵敏流量计安装于第三导管上；第三导管保持开启；第三灵敏流量计设置有两个，分别控制通过第三导管左、右分支的间隙流流量；第三导管右分支连接间隙流蓄水池和主相流生成槽；第三导管左分支连接间隙流蓄水池和压力中转槽；第三导管右分支将间隙流蓄水池内的间隙流泵入主相流生成槽的底部；第三导管左分支将间隙流蓄水池内的间隙流泵入压力中转槽的底部；间隙流蓄水池用以配置和存放间隙流；压力管连接次相流生成槽和压力中转槽；压力中转槽通过恒压以及位置势能将混合后的主相流以及间隙流(即次相流)压至次相流生成槽；第三阀门、第四灵敏流量计及第四水泵安装于第四导管上；第三阀门控制第四导管的启闭；第四灵敏流量计控制通过第四导管的次相流流量；次相流生成槽用以承接和存放次相流；第四导管连接次相流生成槽和所述主槽体系统；第四水泵将次相流生成槽中的次相流泵入所述主槽体系统的底部。
6、进一步地，所述主槽体系统包括树脂透明水槽和弧形出流器；下层主相流通过所述第一导管从树脂透明水槽右侧流入；上层次相流通过所述第四导管从树脂透明水槽的底部流入；所述第四导管连接弧形出流器；弧形出流器固定在树脂透明水槽的底部；弧形出流器通过局部对流抵消原理来保证上层次相流在垂向浓度梯度上的精确性。
7、进一步地，所述辅助测量系统包括图像采集屏、多孔抽样板、可移动抽样针、浓度测量仪；图像采集屏嵌入所述树脂透明水槽的侧壁；图像采集屏实时捕捉下层主相流的锋面位置和界面倾角；多孔抽样板垂直固定于所述树脂透明水槽的左侧；多孔抽样板可将不同水深位置处的次相流存储到多孔中作为待测样本；可移动抽样针可抽取多孔抽样板中的待测次相流样本，并将抽取的次相流样本提供给浓度测量仪；浓度测量仪用以测量次相流样本的浓度值。
8、进一步地，所述桩柱群系统为交错排列的刚性圆柱体群；刚性圆柱体群固接于所述树脂透明水槽的底部；刚性圆柱体群高度高于上层次相流的自由液面。
9、进一步地，所述次相流生成槽内的次相流与主相流生成槽内的主相流的浓度比不低于98％，两者之间满足布辛涅斯克假定。
10、本技术近岸平台桩柱群中多相流扩散预测装置的具体使用步骤如下：
11、s1、进行多相流物理模型实验：
12、配置主相流时，主相流生成槽内预置罗丹明b以及可溶性电解质；关闭第一阀门、第二阀门、第三阀门、第一水泵、第二水泵、第四水泵，开启第三水泵；保证两个第三灵敏流量计的示数比为10:1。配置次相流时，次相流生成槽和压力中转槽完全排空，主相流生成槽内充满主相流；关闭第一阀门、第三阀门、第一水泵、第四水泵，开启第二阀门、第二水泵、第三水泵；保证第二灵敏流量计、两个第三灵敏流量计的示数比为2:1:1。输出次相流时，关闭第一阀门、第一水泵，开启第二阀门、第三阀门、第二水泵、第三水泵、第四水泵；保证第二灵敏流量计、两个第三灵敏流量计、与第四灵敏流量计的示数比为1:2:2:4。次相流输出完毕时，可移动抽样针将抽取的上层次相流样本提供给浓度测量仪测定，核对上层次相流的垂向浓度梯度。输出主相流时，关闭第二阀门、第三阀门、第二水泵、第三水泵、第四水泵，开启第一阀门、第一水泵；第一灵敏流量计根据实际需要调节；图像采集屏实时捕捉下层主相流在桩柱群系统中的锋面位置和界面倾角。
13、s2、建立近岸平台桩柱群中多相流扩散的参数模型：
14、流动域用二维笛卡尔坐标系描述，规定树脂透明水槽的右下角为坐标原点，即x＝0且y＝0。通过桩柱群密度δ、单位体积桩柱群的正迎流面积χ、桩柱群孔隙率ε和桩柱群摩阻系数md来量化桩柱群的典型特征。桩柱群密度δ为桩柱与所占树脂透明水槽底面积的比值，δ＝3.14md2/4ac，其中m为桩柱群中桩柱的总数量，d为独立圆桩柱的直径，ac为桩柱群覆盖的树脂透明水槽底面积。χ和ε的数学表达式分别为χ＝md/ac＝δ/(3.14d/4)和ε＝-δ+1。md是描述近岸桩柱群特性的关键参数，其不满足任意条件的统一表达式，需根据多相流在自然界的普遍流态进行选择。速度分量u和v分别对应于x轴y轴。ζ(x,y,t)是从树脂透明水槽底面到主、次相流交界面的垂直距离。uc和ua分别表示下层主相流和上层次相流的锋面速度。t为下层主相流的传播时间。
15、s3、描述基于多次拖曳力项的n本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.近岸平台桩柱群中多相流扩散预测的装置，其特征在于：包括四个子系统：多相流自配系统、主槽体系统、桩柱群系统、辅助测量系统；
2.根据权利要求1所述的近岸平台桩柱群中多相流扩散预测的装置，其特征在于：所述辅助测量系统包括图像采集屏、多孔抽样板、可移动抽样针、浓度测量仪；图像采集屏嵌入所述树脂透明水槽的侧壁；图像采集屏实时捕捉下层主相流的锋面位置和界面倾角；多孔抽样板垂直固定于所述树脂透明水槽的左侧；多孔抽样板将不同水深位置处的次相流存储到多孔中作为待测样本；可移动抽样针抽取多孔抽样板中的待测次相流样本，并将抽取的次相流样本提供给浓度测量仪；浓度测量仪用以测量次相流样本的浓度值。
【技术特征摘要】
1.近岸平台桩柱群中多相流扩散预测的装置，其特征在于：包括四个子系统：多相流自配系统、主槽体系统、桩柱群系统、辅助测量系统；
2.根据权利要求1所述的近岸平台桩柱群中多相流扩散预测的装置，其特征在于：所述辅助测量系统包括图像采集屏、多孔抽样板、可移动抽样针、浓度测量仪；图像采集屏嵌入所...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨彧，韩东睿，周芬，马海波，田传冲，王丽婷，李博通，
申请(专利权)人：浙江省水利水电勘测设计院有限责任公司，
类型：新型
国别省市：
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