CN114113272A - 一种电磁力主动控制弱电解质溶液流动的试验模型 - Google Patents

Abstract

本发明涉及船舶与海洋工程领域，特别涉及一种电磁力主动控制弱电解质溶液流动的试验模型，包括圆柱形芯体，所述圆柱形芯体分为活性段和非活性段两部分；所述圆柱形芯体的活性段部分的外侧面沿其周向均匀设置有磁极，相邻的两个磁极之间均设置有电极；每个电极分别与电源导线相连接，所述圆柱形芯体远离电源导线的一端与信号发生器相连接。本发明能够通过电极对磁极进行轴向充磁，此时信号发生器生成电磁信号并将其进行同步采集，再通过信号发生器连通的PC端进行数据处理，方可得到电磁场产生的Lorentz力，进而进行电磁力主动控制弱电解质溶液流动的数据分析计算。

Description

一种电磁力主动控制弱电解质溶液流动的试验模型

技术领域

本发明涉及船舶与海洋工程领域，特别涉及一种电磁力主动控制弱电解质溶液流动的试验模型。

背景技术

海洋立管、输油气管道等圆柱形结构在海洋工程中应用广泛。当海流流经此类结构时，结构表面绕流不仅会导致涡激振动现象的发生，还会产生疲劳破坏现象，对海洋工程结构的安全性造成严重影响。为预防和解决可能造成的危害，迫切需要加强关于圆柱结构流动分离控制的研究。

由于有效地控制圆柱体结构表面的流动分离，可以减小阻力并抑制其升力，更是提高结构安全性的重要途经之一。

目前，对于圆柱体表面流动分离的研究主要集中在被动控制方面，鲜少有涉及到对电磁力主动控制弱电解质溶液流动的试验研究。

发明内容

针对上述现有技术中的不足，本发明提供一种电磁力主动控制弱电解质溶液流动的试验模型，可有效控制圆柱体绕流场结构，达到减小阻力并抑制升阻力脉动幅值的目的；从而为实海域水下航行体周围流场的主动控制提供可靠的理论依据和技术保障。

为了实现上述目的，本发明提供一种电磁力主动控制弱电解质溶液流动的试验模型，包括圆柱形芯体，所述圆柱形芯体为中空的圆柱体结构，所述圆柱形芯体分为活性段和非活性段两部分；所述圆柱形芯体中段部分为活性段，所述圆柱形芯体两端部分均为非活性段；所述圆柱形芯体的活性段部分的外侧面沿其周向均匀设置有磁极，相邻的两个磁极之间均设置有电极，所述圆柱形芯体非活性段的位置分别连接有玻璃套筒，电极的一端延伸至其中一个玻璃套筒上，且每个电极分别与电源导线相连接，所述圆柱形芯体远离电源导线的一端与信号发生器相连接。

所述圆柱形芯体的活性段外侧面沿其周向等间距设置有铣槽，磁极靠近圆柱形芯体的一端插设在铣槽内，且磁极与电极之间为绝缘配合。

优选的，所述电极与相邻的磁极之间均插设有绝缘材质的垫片，电极分为导电部与绝缘部。

优选的，所述电极靠近圆柱形芯体的一侧的绝缘部为有机玻璃材质，电极的另一侧的导电部为不锈钢导电层，电极的不锈钢导电层搭设在玻璃套筒上。

优选的，所述所述圆柱形芯体表面做防腐与绝缘处理，电极和磁极组合形成柱形结构，且该柱形结构与圆柱形芯体同轴心布置。

优选的，所述磁极材料为N48H或与之磁场强度相当的永磁材料。

当上述试验模型进行试验时，首先控制电源导线通电，通过电极对磁极进行轴向充磁，此时信号发生器生成电磁信号并将其进行同步采集，再通过信号发生器连通的PC端进行数据处理，方可得到电磁场产生的Lorentz力，进而进行电磁力主动控制弱电解质溶液流动的数据分析计算。

优选的，所述电极和磁极采用循环式对位插接装置来插设在圆柱形芯体的外侧，所述循环式对位插接装置包括底板、承托台和转动机构，所述底板的中部上侧面安装有对圆柱形芯体进行支撑的承托台，底板的左右两端均连接有一个对圆柱形芯体进行锁定的转动机构。

优选的，所述转动机构包括滑移套、锁定环、对位柱，所述滑移套套设在圆柱形芯体的外侧，滑移套远离圆柱形芯体的一端侧壁设置有对位柱，对位柱的另一端内壁转动连接有锁定环，锁定环通过锁定扣锁定在圆柱形芯体的非活性段上，所述滑移套的下端设置有滑移板，滑移板通过滑动配合的方式连接在底板的上侧面，底板的上侧面设置有用于同步调节两个转动机构上的滑移板之间距离的调节组件。

优选的，所述承托台的长度大于圆柱形芯体活性段的长度，承托台的两端均设置有搭放体，承托台为弧形结构，承托台的上侧面为阶梯状的弧面结构，使得承托台的上侧面形成多个不同半径的弧形面，承托台阶梯状的每个弧形面上均开设有收放槽，收放槽内设置有顶伸板，顶伸板上安装有挤压弹柱，挤压弹柱穿过承托台，且挤压弹柱位于承托台外的一端安装有联动板，所述承托台弧形面所在的轴心线与滑移套的轴心线、对位柱的轴心线均重合。

优选的，所述滑移套与锁定环分别设置有相互滑动配合的弧形凹槽和弧形滑块，弧形滑块上设置有伸缩结构的滚珠，弧形凹槽的内壁设置有与滚珠相互配合的半球形卡槽，锁定环对应底板中部的侧面设置有转环，转环上等间距设置有拨动杆，拨动杆延伸至联动板的外端。

优选的，所述顶伸板的上侧面与承托台的齐平，承托台上阶梯状的每个弧形面对应的联动板的厚度均不同，承托台上阶梯状的弧形面半径越大，联动板的厚度越小，且联动板的两端均为梯形结构。

本发明的有益效果在于：

一、本发明的试验模型由圆柱形芯体，绝缘垫片，磁极，电极，电源导线，信号发生器等装置组成，可实现对磁极进行轴向充磁，并对磁极产生的磁信号进行采集分析，以便推导电磁力主动控制弱电解质溶液流动的数据，该试验模型操作便捷，可行性高；此外，该试验模型可有效控制圆柱体绕流场结构，达到减小阻力并抑制升阻力脉动幅值的目的；进而为实海域水下航行体周围流场的主动控制提供可靠的理论依据和技术保障。

二、本发明还提供了对电极和磁极进行插接的循环式对位插接装置，该插接装置上承托台的不同半径的弧形面能够对电极与磁极的位置进行多段式矫正，防止电极与磁极发生脱落的、电极与磁极位置不准确造成后期试验数据不准确的现象。

附图说明

下面接合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明电磁力主动控制弱电解质溶液流动的试验模型的示意图。

图2是图1中B-B向剖视图。

图3是图1中C-C向剖视图。

图4是本发明循环式对位插接装置的第一结构示意图；

图5是本发明循环式对位插接装置的第二结构示意图；

图6是本发明循环式对位插接装置中转动机构的剖视图；

图7是图6中A处局部放大图；

图8是本发明循环式对位插接装置中承托台的剖视图。

图中：1、圆柱形芯体；2、电极；3、磁极；4、玻璃套筒；5、电源导线；6、信号发生器；7、底板；8、承托台；9、转动机构；21、垫片；71、调节组件；81、搭放体；82、收放槽；83、顶伸板；84、挤压弹柱；85、联动板；91、滑移套；92、锁定环；93、对位柱；94、滑移板；95、弧形滑块；96、滚珠；97、转环；98、拨动杆；99、锁定扣。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面接合具体图示，进一步阐述本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互接合。

参阅图1-图3，一种电磁力主动控制弱电解质溶液流动的试验模型，包括圆柱形芯体1，所述圆柱形芯体1为中空的圆柱体结构，所述圆柱形芯体1分为活性段和非活性段两部分；所述圆柱形芯体1中段部分为活性段，所述圆柱形芯体1两端部分均为非活性段；所述圆柱形芯体1的活性段部分的外侧面沿其周向均匀设置有磁极3，所述磁极3材料为N48H或与之磁场强度相当的永磁材料；相邻的两个磁极3之间均设置有电极2，所述所述圆柱形芯体1表面做防腐与绝缘处理，电极2和磁极3组合形成柱形结构，且该柱形结构与圆柱形芯体1同轴心布置；所述圆柱形芯体1非活性段的位置分别连接有玻璃套筒4，电极2的一端延伸至其中一个玻璃套筒4上，且每个电极2分别与电源导线5相连接，所述圆柱形芯体1远离电源导线5的一端与信号发生器6相连接。

本实施例中圆柱形芯体1轴长度为500mm，圆柱形芯体1活性段长度为300mm，所述圆柱形芯体1非活性段长度均为100mm，

所述圆柱形芯体1的活性段外侧面沿其周向等间距设置有铣槽，磁极3靠近圆柱形芯体1的一端插设在铣槽内，且磁极3与电极2之间为绝缘配合，所述圆柱形芯体1外径为70mm，壁厚15mm；所述铣槽共32个，铣槽宽5mm，长300mm，深3mm；磁极3长度为50mm，宽5mm，厚18mm。

参阅图2，所述电极2与相邻的磁极3之间均插设有绝缘材质的垫片21，电极2分为导电部与绝缘部；所述电极2靠近圆柱形芯体1的一侧的绝缘部为有机玻璃材质，电极2的另一侧的导电部为不锈钢导电层，电极2的不锈钢导电层搭设在玻璃套筒4上。

参阅图1，当上述试验模型进行试验时，首先控制电源导线5通电，通过电极2对磁极3进行轴向充磁，此时信号发生器6生成电磁信号并将其进行同步采集，再通过信号发生器6连通的PC端进行数据处理，方可得到电磁场产生的Lorentz力，进而进行电磁力主动控制弱电解质溶液流动的数据分析计算。

参阅图4-图5，所述电极2和磁极3采用循环式对位插接装置来插设在圆柱形芯体1的外侧，所述循环式对位插接装置包括底板7、承托台8和转动机构9，所述底板7的中部上侧面安装有对圆柱形芯体1进行支撑的承托台8，底板7的左右两端均连接有一个对圆柱形芯体1进行锁定的转动机构9，首先将圆柱形芯体1放置在承托台8上，通过转动机构9将圆柱形芯体1的位置进行对位与锁定，然后通过人工将磁极3插设在圆柱形芯体1的铣槽内，电极2通过垫片21插接在相邻的磁极3之间，之后转动机构9转动能够带动圆柱形芯体1进行同步转动，使得圆柱形芯体1上插设完成的部分能够由承托台8进行压实，防止电极2与磁极3发生脱落的、电极2与磁极3位置不准确造成后期试验数据不准确的现象。

参阅图5-图6，所述转动机构9包括滑移套91、锁定环92、对位柱93，所述滑移套91套设在圆柱形芯体1的外侧，滑移套91远离圆柱形芯体1的一端侧壁设置有对位柱93，对位柱93的另一端内壁转动连接有锁定环92，锁定环92通过锁定扣99锁定在圆柱形芯体1的非活性段上，本实施例中，锁定扣99包括对称安装在锁定环92上的横板，横板上通过螺纹配合的方式连接有卡紧螺栓，卡紧螺栓对应圆柱形芯体1的一端转动连接有锁定弧形板，通过拧动卡紧螺栓能够使得锁定弧形板锁定在圆柱形芯体1的外侧面，从而锁定环92的转动能够同步带动圆柱形芯体1进行转动，所述滑移套91的下端设置有滑移板94，滑移板94通过滑动配合的方式连接在底板7的上侧面，底板7的上侧面设置有用于同步调节两个转动机构9上的滑移板94之间距离的调节组件71，调节组件71为双向螺杆，双向螺杆的螺纹段分别通过螺纹连接的方式连接在滑移板94上，双向螺杆的中部通过固定块固定在底板7的中部上，双向螺杆的一端通过转动支板与底板7的上侧面相连接，双向螺杆的另一端设置有转把，通过人工转动把手能够带动滑移板94进行同步内外移动，使得对位柱93能够穿插到圆柱形芯体1内，然后圆柱形芯体1通过锁定扣99能够锁定在锁定环92上，以便锁定环92带动圆柱形芯体1进行同步转动。

参阅图8，所述承托台8的长度大于圆柱形芯体1活性段的长度，承托台8的两端均设置有搭放体81，承托台8为弧形结构，承托台8的上侧面为阶梯状的弧面结构，使得承托台8的上侧面形成多个不同半径的弧形面，承托台8阶梯状的每个弧形面上均开设有收放槽82，收放槽82内设置有顶伸板83，顶伸板83上安装有挤压弹柱84，挤压弹柱84穿过承托台8，且挤压弹柱84位于承托台8外的一端安装有联动板85，所述承托台8弧形面所在的轴心线与滑移套91的轴心线、对位柱93的轴心线均重合，当圆柱形芯体1放置在承托台8上时，圆柱形芯体1能够搭在搭放体81上，且圆柱形芯体1不与承托台8的弧形结构相接触。

参阅图6-图7，所述滑移套91与锁定环92分别设置有相互滑动配合的弧形凹槽和弧形滑块95，弧形滑块95上设置有伸缩结构的滚珠96，弧形凹槽的内壁设置有与滚珠96相互配合的半球形卡槽，锁定环92对应底板7中部的侧面设置有转环97，转环97上等间距设置有拨动杆98，拨动杆98延伸至联动板85的外端，当圆柱形芯体1锁定完成并需要对电极2与磁极3进行插接时，首先在圆柱形芯体1的上方的铣槽区域进行电极2与磁极3的插接，该区域插接完成后通过转动转环97，并对插接完成后相邻的区域继续插接，如此循环能够完成电极2与磁极3的插接，转环97每次转动后滚珠96均能够抵在弧形凹槽的半球形卡槽内，使得使得电极2与磁极3插接时圆柱形芯体1不会随意发生转动，且插接完成的电极2与磁极3进入到承托台8内后，承托台8的不同半径的弧形面能够对电极2与磁极3的位置进行多段式矫正，且转环97转动过程中拨动杆98与联动板85接触能够将其向外拉动，拨动杆98与联动板85分离时顶伸板83在挤压弹柱84的作用下能够对电极2与磁极3进行推挤，使得电极2与磁极3安装到位。

参阅图8，所述顶伸板83的上侧面与承托台8的齐平，承托台8上阶梯状的每个弧形面对应的联动板85的厚度均不同，承托台8上阶梯状的弧形面半径越大，联动板85的厚度越小，且联动板85的两端均为梯形结构，联动板85的厚度越大，顶伸板83对电极2与磁极3的推挤力越大，联动板85上的梯形结构防止拨动杆98抵在其侧面上，造成拨动杆98无法转动的现象。

本发明循环式对位插接装置对电极2和磁极3插设在插设在圆柱形芯体1上的步骤如下：

第一步：首先将圆柱形芯体1放置在承托台8上，使得圆柱形芯体1搭在搭放体81上，然后通过人工转动把手能够带动滑移板94进行同步内外移动，使得对位柱93能够穿插到圆柱形芯体1内，从而圆柱形芯体1的位置得到定位。

第二步：圆柱形芯体1定位完成后通过锁定扣99能够将其锁定在锁定环92上，以便锁定环92带动圆柱形芯体1进行同步转动，然后在圆柱形芯体1的上方的铣槽区域进行电极2与磁极3的插接，该区域插接完成后通过转动转环97，并对插接完成后相邻的区域继续插接，如此循环能够完成电极2与磁极3的插接，转环97每次转动后滚珠96均能够抵在弧形凹槽的半球形卡槽内，使得使得电极2与磁极3插接时圆柱形芯体1不会随意发生转动。

第三步：插接完成的电极2与磁极3进入到承托台8内后，承托台8的不同半径的弧形面能够对电极2与磁极3的位置进行多段式矫正，且转环97转动过程中拨动杆98与联动板85接触能够将其向外拉动，拨动杆98与联动板85分离时顶伸板83在挤压弹柱84的作用下能够对电极2与磁极3进行推挤，使得电极2与磁极3安装到位。

第四步：电极2与磁极3插接完成后，控制锁定扣99解除对圆柱形芯体1的锁定，并通过调节组件71将滑移套91调节到初始位置，使得插接完成的圆柱形芯体1能够取出。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中的描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种电磁力主动控制弱电解质溶液流动的试验模型，其特征在于，包括圆柱形芯体(1)，所述圆柱形芯体(1)为中空的圆柱体结构，所述圆柱形芯体(1)分为活性段和非活性段两部分；所述圆柱形芯体(1)中段部分为活性段，所述圆柱形芯体(1)两端部分均为非活性段；所述圆柱形芯体(1)的活性段部分的外侧面沿其周向均匀设置有磁极(3)，相邻的两个磁极(3)之间均设置有电极(2)，所述圆柱形芯体(1)非活性段的位置分别连接有玻璃套筒(4)，电极(2)的一端延伸至其中一个玻璃套筒(4)上，且每个电极(2)分别与电源导线(5)相连接，所述圆柱形芯体(1)远离电源导线(5)的一端与信号发生器(6)相连接；

所述圆柱形芯体(1)的活性段外侧面沿其周向等间距设置有铣槽，磁极(3)靠近圆柱形芯体(1)的一端插设在铣槽内，且磁极(3)与电极(2)之间为绝缘配合；

当上述试验模型进行试验时，首先控制电源导线(5)通电，通过电极(2)对磁极(3)进行轴向充磁，此时信号发生器(6)生成电磁信号并将其进行同步采集，再通过信号发生器(6)连通的PC端进行数据处理，方可得到电磁场产生的Lorentz力，进而进行电磁力主动控制弱电解质溶液流动的数据分析计算。

2.根据权利要求1所述的一种电磁力主动控制弱电解质溶液流动的试验模型，其特征在于：所述电极(2)与相邻的磁极(3)之间均插设有绝缘材质的垫片(21)，电极(2)分为导电部与绝缘部。

3.根据权利要求2所述的一种电磁力主动控制弱电解质溶液流动的试验模型，其特征在于：所述电极(2)靠近圆柱形芯体(1)的一侧的绝缘部为有机玻璃材质，电极(2)的另一侧的导电部为不锈钢导电层，电极(2)的不锈钢导电层搭设在玻璃套筒(4)上。

4.根据权利要求1所述的一种电磁力主动控制弱电解质溶液流动的试验模型，其特征在于：所述所述圆柱形芯体(1)表面做防腐与绝缘处理，电极(2)和磁极(3)组合形成柱形结构，且该柱形结构与圆柱形芯体(1)同轴心布置。

5.根据权利要求1所述的一种电磁力主动控制弱电解质溶液流动的试验模型，其特征在于：所述磁极(3)材料为N48H或与之磁场强度相当的永磁材料。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的一种电磁力主动控制弱电解质溶液流动的试验模型，其特征在于：所述电极(2)和磁极(3)采用循环式对位插接装置来插设在圆柱形芯体(1)的外侧，所述循环式对位插接装置包括底板(7)、承托台(8)和转动机构(9)，所述底板(7)的中部上侧面安装有对圆柱形芯体(1)进行支撑的承托台(8)，底板(7)的左右两端均连接有一个对圆柱形芯体(1)进行锁定的转动机构(9)。

7.根据权利要求6所述的一种电磁力主动控制弱电解质溶液流动的试验模型，其特征在于：所述转动机构(9)包括滑移套(91)、锁定环(92)、对位柱(93)，所述滑移套(91)套设在圆柱形芯体(1)的外侧，滑移套(91)远离圆柱形芯体(1)的一端侧壁设置有对位柱(93)，对位柱(93)的另一端内壁转动连接有锁定环(92)，锁定环(92)通过锁定扣(99)锁定在圆柱形芯体(1)的非活性段上，所述滑移套(91)的下端设置有滑移板(94)，滑移板(94)通过滑动配合的方式连接在底板(7)的上侧面，底板(7)的上侧面设置有用于同步调节两个转动机构(9)上的滑移板(94)之间距离的调节组件(71)。

8.根据权利要求7所述的一种电磁力主动控制弱电解质溶液流动的试验模型，其特征在于：所述承托台(8)的长度大于圆柱形芯体(1)活性段的长度，承托台(8)的两端均设置有搭放体(81)，承托台(8)为弧形结构，承托台(8)的上侧面为阶梯状的弧面结构，使得承托台(8)的上侧面形成多个不同半径的弧形面，承托台(8)阶梯状的每个弧形面上均开设有收放槽(82)，收放槽(82)内设置有顶伸板(83)，顶伸板(83)上安装有挤压弹柱(84)，挤压弹柱(84)穿过承托台(8)，且挤压弹柱(84)位于承托台(8)外的一端安装有联动板(85)，所述承托台(8)弧形面所在的轴心线与滑移套(91)的轴心线、对位柱(93)的轴心线均重合。

9.根据权利要求8所述的一种电磁力主动控制弱电解质溶液流动的试验模型，其特征在于：所述滑移套(91)与锁定环(92)分别设置有相互滑动配合的弧形凹槽和弧形滑块(95)，弧形滑块(95)上设置有伸缩结构的滚珠(96)，弧形凹槽的内壁设置有与滚珠(96)相互配合的半球形卡槽，锁定环(92)对应底板(7)中部的侧面设置有转环(97)，转环(97)上等间距设置有拨动杆(98)，拨动杆(98)延伸至联动板(85)的外端。

10.根据权利要求8所述的一种电磁力主动控制弱电解质溶液流动的试验模型，其特征在于：所述顶伸板(83)的上侧面与承托台(8)的齐平，承托台(8)上阶梯状的每个弧形面对应的联动板(85)的厚度均不同，承托台(8)上阶梯状的弧形面半径越大，联动板(85)的厚度越小，且联动板(85)的两端均为梯形结构。

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