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专利号: 2025111159768
申请人: 浙江理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-08-25
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种模拟海底射流采集结核过程的多参数实验方法,其特征在于,包括实验台,实验台包括观测水箱,观测水箱中设置有实验水槽,实验水槽的底板上布设有压力监测模块;通过压力监测模块检测底板上的冲击压力分布信息;实验水槽的上方相对设置有两组有射流喷嘴,两组射流喷嘴分别安装在调节装置上,通过调节装置调节射流喷嘴的高度、射流喷嘴的角度以及两组射流喷嘴之间的间距;

试验时,预设射流喷嘴的高度、喷射角度、喷射流速以及两组射流喷嘴之间的间距,在实验水槽的底板上放置模拟沉积物,通过射流喷嘴向水槽中喷射水流以模拟射流采集过程;通过对颗粒搬运路径以及速度进行追踪以获取颗粒转移沉积区域,对颗粒搬运沉积区域中沉积的颗粒进行质量统计以计算搬运效率;

将采集到的颗粒搬运效率数据作为响应变量,以射流喷嘴的高度、射流喷嘴角度、喷射流速以及两组射流喷嘴之间的间距作为输入变量,建立数学模型以拟合输入变量与搬运效率之间的关系;

通过压力监测模块检测底板上的冲击压力分布信息并获取底板上的压力最大区域以及压力最小区域;其中,压力最大区域为颗粒物易于搬运区域,压力最小区域为颗粒物易于沉积区域;所述压力监测模块包括若干个压力感应单元,压力感应单元以矩阵方式排列,通过压力感应单元检测作用在该压力感应单元上的射流冲击压力,采集所有的压力感应单元的压力检测数据得到压力数据矩阵,将压力数据矩阵传入图像可视化模块,采用热力图或伪彩色图谱对不同压力强度进行色彩编码并输出二维压力分布图,每一个压力感应单元对应二维压力分布图中一个像素;

在试验空间中以预设角度设置附壁射流导向挡板,附壁射流导向挡板用于引导射流沿附壁射流导向挡板的壁面发展并形成附壁射流,通通过高速摄影设备和粒子图像测速设备实现附壁射流的可视化拍摄与数据采集,以研究壁面附着、反射、射流剪切特性。

2.根据权利要求1所述的一种模拟海底射流采集结核过程的多参数实验方法,其特征在于,所述数学模型为多元回归模型或者神经网络模型。

3.根据权利要求1所述的一种模拟海底射流采集结核过程的多参数实验方法,其特征在于,在模拟沉积物中添加示踪颗粒,通过高速摄影设备和粒子图像测速设备联合使用并获取示踪颗粒的运动轨迹,并通过分析示踪颗粒的运动轨迹得到射流的流场变化情况。

4.根据权利要求1所述的一种模拟海底射流采集结核过程的多参数实验方法,其特征在于,在试验空间中布置用于模拟采集头的采集头模拟件,将采集头模拟件布置于设定位置,利用高速摄影设备和粒子图像测速设备记录采集头模拟件周围的速度场分布、剪切层结构与局部涡量变化;同时利用压力监测装置实时记录采集头模拟件后方区域的负压范围与负压波动强度以反映采集头模拟件的卷吸能力和流动稳定性。

5.根据权利要求1所述的一种模拟海底射流采集结核过程的多参数实验方法,其特征在于,两组射流喷嘴喷出的射流中分别添加有不同颜色的示踪液,以使两组的射流喷嘴形成具有颜色差异的射流,从而用于直观识别液体流动路径、速度分布及湍流混合区域。

6.根据权利要求1所述的一种模拟海底射流采集结核过程的多参数实验方法,其特征在于,调节装置包括设置在观测水箱顶部的水平导轨和水平调节丝杆,所述水平导轨上滑动设置有水平调节螺母座,水平调节丝杆与水平调节螺母座之间螺纹配合,水平调节丝杆连接水平调节电机,相邻两根水平调节丝杆之间通过隔离部件断开;水平调节螺母座上设置有水平移动架,水平移动架上设置有竖向导轨和竖向调节丝杆,竖向导轨上滑动设置有竖向调节螺母座,竖向调节螺母座与竖向调节丝杆之间螺纹配合;竖向调节丝杆连接竖直调节电机,竖向调节螺母座上设置有竖向移动架,竖向移动架上转动设置有第一转轴和第二转轴,第一转轴和第二转轴均与竖向移动架转动连接;射流喷嘴安装在第二转轴上,第一转轴与第二转轴之间通过第三皮带相连,第一转轴连接旋转驱动装置;所述观测水箱的下方设置有进水箱,射流喷嘴通过软管与进水箱相连。

7.根据权利要求6所述的一种模拟海底射流采集结核过程的多参数实验方法,其特征在于,观测水箱底部设置溢流口;观测水箱的下方设置有储水箱,溢流口通过回流管道与储水箱相连。

8.根据权利要求7所述的一种模拟海底射流采集结核过程的多参数实验方法,其特征在于,通过旋转驱动装置上的位置编码器对射流喷嘴的角度进行反馈,在软管上设置流量计,通过流量计对射流喷嘴的流量进行反馈;实时监测射流喷嘴的角度和流量,将测量值与目标值进行比较,计算偏差值,建立PID闭环控制回路;

通过模糊控制将偏差值模糊化,通过模糊规则库进行修正,再进行清晰化处理,从而得到输出值;

将神经网络模型与模糊PID控制相结合,对测量值与目标值之间的偏差值以及偏差值变化率进行自适应调整,具体方法如下:首先输入偏差值和偏差值变化率,对输入值利用高斯函数进行模糊处理,然后根据模糊规则库对规则适应度进行计算,同时定义学习的误差目标函数为:;

式中: 为采样时刻, 和 分别为 时刻的目标值和实际值;采用梯度下降法进行搜索,获得隶属函数的中心值 、宽度 和权值 ,具体公式如下:;

式中, 为动量因子, 为学习速率;根据输出值及权值 计算PID增量。