[发明专利]牵引式推进螺旋桨射流和船行波扰动模拟实验装置及试验方法

说明书

本发明公开了一种牵引式推进螺旋桨射流和船行波扰动模拟实验装置期试验方法，装置包括：透明水槽，为长条槽状结构；模型船，模型船上可拆卸连接有推进螺旋桨；牵引机构，包括牵引绳、以及与所述牵引绳驱动连接的驱动机构，驱动机构通过牵引绳牵引所述模型船在透明水槽中沿水槽长度方向以不同的速度水平移动；竖直升降机构，用于改变所述模型船位于透明水槽中的吃水深度；水动力观测仪器，用于对水槽中的水体进行观测和水样采集装置。本发明能够在室内模拟船舶及推进螺旋桨移动速度及方向、船舶吃水深度、推进螺旋桨转速及入水深度，观测推进螺旋桨射流和船行波的流场结构、紊动特征、及对沉积物起悬和污染物迁移特征的影响。

技术领域

本发明涉及一种牵引式推进螺旋桨射流和船行波扰动模拟实验装置及试验方法，属于环保技术领域。

背景技术

航运作为现代综合运输体系的重要组成部分，以其投资少，运力大、成本和能耗低的优势，成为我国大宗货物的主要运输方式。截至2017年底，全国内河航道通航里程达到12.70万公里，水运实现货物周转量98611.25亿吨公里，占货物周转总量的51%。然而，船舶航行会扰动航道底部沉积物，引发污染物在水土界面迁移，破坏水生植物、底栖动物和鱼类生境，对水环境和水生态产生不利影响。尤其对于水深较浅、流速缓慢、通航里程占比超过90%的四级及以下内河航道，船行扰动对底泥内源污染释放的影响更为显著。航道作为周边陆域污染源的受纳水体，其底泥成为各类污染物沉积富集的重要场所。因此，研究船行扰动条件下底泥污染物水-土界面迁移机理，对于准确把控航道内源污染释放量具有重要的学术意义和应用价值。

船舶在航行过程中，由于船体推挤水体形成波浪，沿航行方向形成放射锥形船行波，对河流底部产生扰动；同时，船舶尾部产生的推进螺旋桨射流对航道底泥的扰动作用更为巨大。由于推进螺旋桨射流和船行波在水动力作用方式上存在较大差别，导致船舶航行产生的水动力特征十分复杂。目前，国内外针对船行扰动对底泥污染迁移影响的研究大部分采用原位观测法，这对于研究真实水流条件下的底泥污染释放特征具有重要意义。但是外界环境的多变以及高度不确定性，尤其是在航道内行驶的船舶本身给现场观测带来诸多不便，而且现场观测难以控制船舶行驶状态，难以真实捕捉不同水动力条件下的沉积物起悬及底泥污染释放特征，因此，在室内构建模拟船舶航行产生的波浪和水流条件的试验平台是非常有意义的，有利于在船舶航行和推进螺旋桨运转的可控条件下开展深入研究。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种牵引式推进螺旋桨射流和船行波扰动模拟实验装置，在不同环境条件下，能够在室内模拟船行波和推进螺旋桨射流作用对水体扰动过程，通过精确控制船舶及推进螺旋桨移动速度、船舶吃水深度、推进螺旋桨转速及入水深度，可开展船舶航行流场结构、紊动特征、及对沉积物起悬和内源污染释放的影响等研究。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种牵引式推进螺旋桨射流和船行波扰动模拟实验装置，包括：

透明水槽，为长条槽状结构，用于盛装一定深度的水；

模型船，设置在所述透明水槽中，用于模拟船舶，模型船上可拆卸连接有推进螺旋桨；

牵引机构，包括牵引绳、以及与所述牵引绳驱动连接的驱动机构，驱动机构通过牵引绳牵引所述模型船在透明水槽中沿水槽长度方向以不同的速度水平移动；

竖直升降机构，用于改变所述模型船位于透明水槽中的吃水深度；

水动力观测仪器，设置在透明水槽的水体中，用于对水槽中的水体进行观测；

水样采集装置，用于对水槽中的水样进行采集。

所述牵引机构包括：

支撑架，设置在透明水槽的底部，用于对所述透明水槽进行支撑固定；

驱动轮，驱动轮上设有牵引绳，驱动轮的轮轴通过联轴器与驱动电机连接；