[发明专利]一种管中管系统力学与流体流动性能测试装置及测试方法

权利要求书

1.一种管中管系统力学与流体流动性能测试方法，包括以下步骤：

1）、首先在实验装置的上方借助安装架或实验室天花板设置一定滑轮，然后在定滑轮上设置拉力绳，拉力绳的一端与内管栓系连接，拉力绳的另一端栓系一个内管自身重量5倍的配重块，由此对内管（1）施加一个向上的拉力；

2）、检查该实验装置及连接点，确保无遗漏后开机调试，使该实验装置具备采集精确数据的作业状态；并在外管（2）中充满中间液；

3）、实验之前校准各光纤光栅传感器，同时将调试数据清零，以准备采集实验过程中的数据；

4）、启动流量调节泵B（14）使外管（2）与实验圆筒（3）之间充满流体，然后调节流量调节泵B（14）的流量至设定数值使实验圆筒（3）中流体的速度为0.2m/s，启动流量调节泵A（20）调节其流量至设定数值使内管中流体的速度为1.5m/s；以模拟的海流；

5）、待模拟的海流稳定后，将各光纤光栅传感器所测得的数据通过光电转换器处理后，传输到数据采集仪进行数据采集，然后传输到计算机中储存；

6）、实验数据采集时间持续5min以上，然后关闭各光纤光栅传感器、关闭流量调节泵B（14）和流量调节泵A（20）；

7）、将上述数据进行存储后，将传感器及采集仪数据清零进行下一次数据采集；

8）、分别启动流量调节泵A（20）和流量调节泵B（14），然后通过调节第二流量控制阀（16）将外流流速增加0.08m/s，待流速稳定后，启动各光纤光栅传感器，采集内、外管上5个点的变形数据；共需采集5组不同外流流速所对应的数据；

9）、通过更换不同的外管（2）和内管（1）的型号，调节第一流量控制阀（21）将内管（1）流速增加0.15m/s，待流速稳定后，启动各光纤光栅传感器，对不同的管柱组合进行内、外管数据采集，共需采集5组不同内管（1）流速所对应的数据；记录下各光纤光栅传感器采集的实验数据；

10）、根据现场常用的内外管管柱组合，更换不同的外管（2）和内管（1）型号，对5种不同的管柱组合进行实验，重复上述步骤4）~步骤7），记录下各光纤光栅传感器采集的实验数据；

11）、更换不同的导流管（13），改变其中心孔的直径，使流体作用在管柱上的长度改变，以此研究海流不同的作用深度对管柱的影响，重复上述步骤4）~7），记录下各光纤光栅传感器采集的实验数据，总共需要进行5组实验；

12）、上述实验直接测量所得的数据为光信号波长，通过波长与管柱微应变的转换公式即可得到管柱的应变，根据胡克定律可以求得管柱的应力，然后通过模态分析法由管柱表面各个测量点应变信号求得管柱的位移响应，接着对位移响应进行快速傅里叶变换，得到相应的管柱振动响应频率谱，最后对管柱振动频率、应力、应变、位移进行分析，进而得到“管中管系统”在海洋环境下的力学行为与各个因素对管柱性能的影响规律；

步骤1）所述的实验装置，包括内管（1）、外管（2）、试验圆筒（3）、圆筒进水管（4）、泄流管（5）和基座（6），其特征在于：基座（6）上密封焊装有试验圆筒（3），试验圆筒（3）内通过基座（6）上固装的外管转换接头（7）螺纹安装有外管（2），外管（2）顶部的试验圆筒（3）上通过固定螺栓密封安装有顶盖（8），外管（2）通过卡盘（9）与顶盖（8）密封固定连接；外管转换接头（7）内设置有内管转换接头（24），顶盖（8）上方的试验圆筒（3）上通过固定螺栓装有内管支架（10）；外管（2）内设置有内管（1），内管（1）的一端与内管转换接头（24）螺纹连接，内管（1）的另一端延伸至顶盖（8）上方，延伸至顶盖（8）上方的内管（1）通过管夹与内管支架（10）连接；试验圆筒（3）一侧设置有圆筒进水管（4），圆筒进水管（4）的一端与试验圆筒（3）连通；圆筒进水管（4）的另一端与水池（12）连通，试验圆筒（3）的另一侧设置有泄流管（5），泄流管（5）的一端与试验圆筒（3）连通；泄流管（5）的另一端与水池（12）连通，所述的基座（6）下表面设置有进水管（11），进水管（11）的一端通过内管转换接头（24）与内管（1）连通；进水管（11）的另一端与水池（12）连通；

所述的圆筒进水管（4）上间隔装有流量调节泵B（14）和第二流量计（15）；流量调节泵B（14）和第二流量计（15）之间的圆筒进水管（4）上装有第二流量控制阀（16）；

所述的延伸至顶盖（8）上方的内管（1）通过导流管（13）与水池（12）连通；

所述的内管（1）的外壁上间隔设置有多个第一光纤光栅传感器（17），外管（2）的外壁上间隔设置有多个第二光纤光栅传感器（18）；所述的各光纤光栅传感器分别经光电转换器、数据采集仪与计算机连接；

所述的进水管（11）上间隔安装有第一流量计（19）和流量调节泵A（20），第一流量计（19）和流量调节泵A（20）之间的进水管（11）上装有第一流量控制阀（21）；

所述的外管转换接头（7）与内管转换接头（24）之间的基座（6）上设置有泄流孔（22），泄流孔（22）通过外管转换接头（7）与外管（2）连通；

所述的泄流孔（22）上螺纹安装有堵塞（23）。