[发明专利]一种流道式海洋生物附着力测试装置

说明书

技术领域：

本发明属于海洋生物测试及防污材料技术领域，涉及一种流道式海洋生物附着力测试装置，用于模拟船体表面水流状态，测试海洋污损生物在材料表面的附着力，研究不同水流速度和环境条件对海洋污损生物附着力的影响。

背景技术：

在海洋环境中，海洋生物污损会增加船舶动力消耗，加速材料腐蚀，堵塞海水冷却管路。随着海洋资源利用和远洋运输业的不断发展壮大，海洋船舶和工程设施的生物污损问题已变成一个影响国民经济发展和国家安全的重大问题。目前防污材料研究方兴未艾，防污材料性能评价技术不断快速发展，在技术和经济发达地区，已经建立了一系列涵盖污损生物附着数量、附着面积和附着力测试的材料防污性能评价方法，实现了防污材料防污性能的综合评价；现有已经开发的生物附着力测试装置主要包括层流流动装置(Laminar channel flow cell)，径向流动装置(Radial flow chamber)、环向流动装置(Annular flow cell)、湍流流动装置(Fully-developed turbulent channel)和水喷射装置(Spinjet apparatus)，这些装置的主要原理都是利用水流对附着在材料表面的海洋生物施加一定的冲力，根据受力前后材料表面生物的脱附情况，评价海洋生物在材料表面的附着力。目前，对防污材料防污性能评价主要采用浅海挂板实验(GB/T5370-2007)和船舶防污漆防污性能动态试验方法(GB/T7789-2007)，这些方法主要对防污材料表面污损生物的附着数量和覆盖面积进行分析，该方法存在周期长，原料消耗大等缺点。在海洋污损生物附着力测试方面，2009年大连水产学院研究建立了“转毂”式附着力测试装置，该装置依靠电机带动搅动装置，后者再搅动水体，使试样表面与水流产生相对运动，通过改变水流流速评价污损生物的附着力，这种方法存在着测试精度不高、自动化程度低，难以满足不断发展的防污材料研究的需求等缺点。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，针对我国防污材料防污能力评价中缺乏生物附着力测试装置的现象，研制设计一套适用于海洋污损生物附着力测试的装置，不仅可实现防污材料服役环境的室内模拟，还可直接获得污损生物在材料表面的附着力，结合污损生物附着数量和附着面积测试对防污材料的防污性能形成综合评价，缩短防污材料的开发周期。

为了实现上述目的，本发明利用大宽高比的矩形测试腔在测试样品表面形成稳定发展的湍流，并利用压差传感器测试样品表面不同位点的压力差，通过软件自动计算获得材料表面污损生物的附着力数据，为海洋污损生物附着力测试提供可靠工具，完善防污材料防污性能评价技术；其装置的主体结构由水循环系统和自动控制系统组成，水循环系统包括沉降室、测试腔、光源和水槽；自动控制系统包括差压变送器、变频泵、流量计、压力变送器、可编程控制器(PLC)和计算机；箱盒式结构的沉降室内上侧自右向左依次分别制有进水口、开孔不锈钢板、蜂窝状聚碳酸酯板、不锈钢筛板和排气阀，沉降室左端横向制有测试腔，测试腔左端侧边上制有差压变送器，测试腔中置有真空泵，测试腔的左侧端置有水槽，水槽的顶端制有光源，水槽底部引出管道经过多端阀门控制与进水口连通，其连通的管道中依次分别制有变频泵、流量计和压力变送器；可编程控制器、计算机电信息连通后分别与差压变送器、真空泵、变频泵、流量计和压力变送器电信息连通，实现一体化自动控制功效；其测试样品时，被测样品放置在测试样品安放装置上，测试样品的安放装置包括载物台、样品安放台、密封圈、真空管、夹板和高度调节器；海水经变频泵打入沉降室中，然后流入测试腔，压差变送器放置于距测试腔入口处90H/140H处，其中H为测试腔内部高度，用于测试样品两位点的差压值，样品固定在100H-130H处；样品表面所受剪切力由公式τ_w＝-Hdp/2dx计算得到，其中H为测试腔内部高度，dp为压差变送器检测的两个位点之间的压力差，dx为压差测试点之间的距离；沉降室消除由泵带来的水涡流，降低测试腔内流体的紊流强度，沉降室和测试腔采用20mm有机玻璃板材加工，组合式、可拆卸，方便试样原位观察及部件冲洗，保证整个测试装置清洁、无污染。

本发明的自动控制系统通过变频泵的转动速度调节整套装置的水流速度及测试位点的压差，并以水压作为输入信号调整泵的转速，形成闭路控制系统；通过可编程控制器和计算机实现变频泵、流量计及压差传感器的集中控制，对流速、压差、时间的数据采集、存储与数据实时显示。