一种水动力常数的试验方法与流程

本发明涉及一种水动力常数的试验方法，具体涉及一种海缆水动力常数的试验方法。

背景技术：

在实际的海光缆施工过程中，需要进行工程船的速度控制以及收放缆线角度的调节。水动力常数H是国际上用来指导铺设与回收海光缆的海洋工程船的船速与收放海光缆角度的一项标准参考数值，这项数值会影响铺设时的海光缆与海床最终的贴合程度好坏。

目前H值的获得有两种途径，一种是海式，一种是估算，海试价格昂贵；另外估算可能和实际误差较大，不能起到指导敷设和回收海缆的目的。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明提供了一种水动力常数的试验方法，通过试验能够获得准确的水动力常数，成本低，试验步骤简单，试验结果准确，可用于指导海缆的施工。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：一种水动力常数的试验方法，其特征在于：包括以下步骤，

(1)试验获得缆的自由沉降速度V：

配置水箱、导轮和拉绳，水箱内储放静止流体，导轮固定在水箱上方，拉绳穿经导轮后一端水平自由放置，其另一端垂直；

取适量长度的缆，拉绳垂直设置的一端一分为二分别固定缆的两端；

将缆放入水箱内，在重力作用下自由沉降，记录下沉时间t和与之对应的拉绳下降的长度d，绘制以下沉时间t为横坐标，拉绳下降长度d为纵坐标的曲线，基于公式(1)

式中n取正整数；

获得缆自由沉降速度V；

(2)试验获得流体相对缆的阻力F_D：

配置水箱、水泵、杠杆、测力计，水箱内储放流体；

取步骤(1)中同样的缆，杠杆的一端将缆的两端固定，其另一端连接测力计；

缆的两端固定好以后放置在水箱内一定深度，利用水泵按照步骤(1)中获得沉降速度V对流体进行造流，以冲击缆，在流体速度为V的情况下，通过测力计获得流体总阻力F；

获得流体总阻力F后将缆取下，读取测力计此时的力值F1；

获得流体相对缆的阻力F_D＝F-F1；

(3)获得水动力常数H：

基于公式(2)和公式(3)获得缆的水动力常数H

其中，V-步骤(1)中获得的自由沉降速度；

F_D-步骤(2)中获得的流体相对缆的总阻力；

w-缆的单位长度湿重；

ρ-流体密度；

D-缆的直径；

C_D-流体阻力系数；

A-特征尺寸。

本发明的一个较佳实施例中，进一步包括步骤(1)中缆自由沉降的深度不小于10m，沉降速度在0.5m/s～1.3m/s。

本发明的一个较佳实施例中，进一步包括步骤(2)中缆放入流体中的深度不小于0.4m。

本发明的一个较佳实施例中，进一步包括步骤(1)中拉绳上每间隔一端距离做防水标记。

本发明的一个较佳实施例中，进一步包括步骤(2)中缆的两端牢固的固定在杠杆上，以不能发生相对位移与转动为前提。

本发明的一个较佳实施例中，进一步包括步骤(2)中，冲击缆的方向为垂直于缆长度延伸的截面方向。

本发明的一个较佳实施例中，进一步包括步骤(2)中，相同测试条件下取多组流体相对缆的阻力值F_D，并取平均值作为最终的阻力值F_D。

本发明的有益效果是：本发明的一种水动力常数的试验方法，通过准确获取沉降速度V，和试验测算出其相对应的流体相对缆的阻力F_D,进而准确的计算出缆的水动力常数H值，成本低，试验步骤简单，试验结果准确，可用于指导海缆的施工。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术中的技术方案，下面将对实施例技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明优选实施获得沉降速度时的试验图；

图2是本发明优选实施例获得流体相对缆阻力时的实验图；

图3是步骤(1)中绘制的曲线图。

其中：1-缆，2-水箱，4-导轮，6-拉绳，8-杠杆，10-测力计。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

如图1、2所示，本实施例中公开了一种水动力常数的试验方法，包括以下步骤，

(1)试验获得缆的自由沉降速度V：

配置水箱、导轮和拉绳，水箱内储放静止流体，导轮固定在水箱上方，拉绳穿经导轮后一端水平自由放置，其另一端垂直；

取适量长度的缆，拉绳垂直设置的一端一分为二分别固定缆的两端；

将缆放入水箱内，在重力作用下自由沉降，控制沉降深度不小于10m，且沉降速度在0.5m/s～1.3m/s，记录下沉时间t和与之对应的拉绳下降的长度d，绘制如图3所示的，以下沉时间t为横坐标，拉绳下降长度d为纵坐标的曲线，基于公式(1)

式中n取正整数；

获得缆自由沉降速度V；

从图3中可看出，t_n为转折点，往前为曲线，往后为接近线性，也就是海缆沉降到一定程度后区域线性变化，由此获得沉降速度V。

另，为了方便计数，可以预先在拉绳上每间隔一端距离做防水标记，记录下降相同长度的时所使用的时间t。

(2)试验获得流体相对缆的阻力F_D：

配置水箱、水泵、杠杆、测力计，水箱内储放流体；

取步骤(1)中同样的缆，杠杆的一端将缆的两端固定，其另一端连接测力计，其中，缆的两端要牢固的固定在杠杆上，以不能发生相对位移与转动为前提，以免影响测量精度；

缆的两端固定好以后放置在水箱内一定深度，控制放入流体中的深度不小于0.4m，利用水泵按照步骤(1)中获得沉降速度V对流体进行造流，以冲击缆，冲击缆的方向为垂直于缆长度延伸的截面方向，在流体速度为V的情况下，

从测力计中读取流体总阻力F；

获得流体总阻力F后将缆取下，读取测力计此时的力值F1；

获得流体相对缆的阻力F_D＝F-F1；

相同测试条件下取多组流体相对缆的阻力值F_D，并取平均值作为最终的阻力值F_D

(3)获得水动力常数H：

基于公式(2)和公式(3)获得缆的水动力常数H

其中，V-步骤(1)中获得的自由沉降速度；

F_D-步骤(2)中获得的流体相对缆的总阻力；

w-缆的单位长度湿重；

ρ-流体密度；

D-缆的直径；

C_D-流体阻力系数；

A-特征尺寸。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。