[发明专利]一种水下在线监测设备防冲刷方法及装置

摘要

本发明公开了一种水下在线监测设备防冲刷方法及装置，首先基于水力学理论得到水流冲击力跟水流方向与设备阻流面的夹角的关系、阻流面高度和水流速度的关系，从而得到水流冲击力和夹角的对应关系。在现场通过改变水流方向与设备阻流面的夹角，调整水流的冲击力，根据防冲刷方法，设计出能调整水流方向与设备阻流面夹角的防冲刷装置。该防冲刷方法简单易行，防冲刷装置结构简单，操作方便，通过该方法和装置能使水下在线监测设备适应多变的水流环境，提高其抗水流冲击能力。

主权项

一种水下在线监测设备防冲刷方法，其特征在于，该方法为：1）确定水流对水下在线监测设备阻流面的冲击力P的计算模型： P = k γ 0 h V 2 g . 1 - cos α sin α = kγ 0 h V 2 g tan α 2 , 其中，P的单位为kN/m，k为绕流系数，k的取值范围为0.6～2；γ0为水的容重；h为水下在线监测设备阻流面最高点距水平面的高度，单位为m；V为水流平均速度，单位为m/s；g为重力加速度；α为水流方向与水下在线监测设备阻流面的夹角；2）采用有限元分析软件，建立水下在线监测设备有限元模型，并将步骤1）的冲击力P作为荷载加入到有限元模型中，进行有限元分析，得到水下在线监测设备各点应力的最大值σ，若σ≤[σ]，则转入步骤7）；若σ>[σ]，则进入步骤3）；其中，[σ]表示水下在线监测设备材料的许用应力；3）依据上述步骤2）建立的有限元模型，对水下在线监测设备所能承受的最大水流冲击力进行优化分析，计算水下在线监测设备所能承受的最大水流冲击力Pm，优化模型如下： P m = max p v , α = max v , α kγ 0 h V 2 g tan α 2 , s.t.σ≤[σ]，其中，s.t.表示约束条件；4）计算水流方向与水下在线监测设备阻流面之间所能允许的最大夹角αm： a m = 2 arctan ( P m g kγ 0 hV 2 ) ; 5）调节水流方向与水下在线监测设备阻流面的夹角α，使得α≤αm；6）将经上述步骤5）调节后的α代入步骤1）的计算模型中，求得水流对水下在线监测设备阻流面的冲击力P；返回步骤2），直到σ≤[σ]；7）结束。