淺析高靜水壓力下產(chǎn)品體積損失
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作者；鄭曉敏
1概述
隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)和海洋科技的發(fā)展，國家對海洋的開發(fā)不斷深入與重視，對海洋環(huán)境監(jiān)測平臺的需求日漸迫切。海上的任何活動，無論是海洋開發(fā)與研究，還是海洋環(huán)境監(jiān)測、災(zāi)害預(yù)報(bào)和海上活動，都是在特定的海洋環(huán)境中展開的，都依賴于對海洋環(huán)境要素基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、變化規(guī)律的及時(shí)掌握和預(yù)測預(yù)報(bào)，需要先進(jìn)的海洋環(huán)境綜合監(jiān)測平臺，實(shí)現(xiàn)全天候、全方位的連續(xù)監(jiān)測，從而能達(dá)到及時(shí)準(zhǔn)確地掌握海洋環(huán)境態(tài)勢的目的。目前的海洋環(huán)境監(jiān)測平臺主要包括兩種類型：一種是固定式監(jiān)測平臺，通過錨泊系統(tǒng)系留在水下固定位置，對某一海域進(jìn)行定點(diǎn)監(jiān)測；另一種是移動式監(jiān)測平臺，其在水下自主沉浮并可隨流漂移，可實(shí)現(xiàn)大面積海域的環(huán)境監(jiān)測。當(dāng)平臺在水下一定深度自主沉浮時(shí)，因海水密度變化、外界水壓引起平臺體積變化及平臺自身吸水率等環(huán)境因素，導(dǎo)致平臺在水下的浮力產(chǎn)生變化，在布放前如果不進(jìn)行精確配重，則可能會導(dǎo)致平臺因負(fù)浮力不夠而不能下沉到設(shè)定深度，或者因?yàn)檎×Σ粔蚴蛊脚_不能上浮到水面進(jìn)行通信。因此平臺布放前的實(shí)驗(yàn)室配重極為重要，本文主要針對高靜水壓力下產(chǎn)品體積變化的計(jì)算提出了一種簡單的試驗(yàn)方法，以供參考。
2試驗(yàn)方法研究
為計(jì)算產(chǎn)品在水下某一深度的體積變化，在產(chǎn)品底部用零浮力細(xì)繩吊掛一定長度及重量的鋼珠，然后把產(chǎn)品安置在特制的布放架上，布放架上安裝有攝像裝置及照明系統(tǒng)，可記錄產(chǎn)品在水下的運(yùn)動全過程；將布放架及產(chǎn)品放人壓力釜內(nèi)，密閉好壓力釜后通過加壓系統(tǒng)根據(jù)加壓曲線進(jìn)行加壓及卸壓，卸壓后取出布放架及產(chǎn)品，完成試驗(yàn)。具體試驗(yàn)步驟如下：
(1)將產(chǎn)品配成微負(fù)浮力：首先通過高精度電子秤測出產(chǎn)品在空氣中的重量M空氣(kg)，稱重過程中注意調(diào)平電子秤。然后用激光溫度計(jì)測量壓力釜內(nèi)水的溫度臼(℃)，數(shù)據(jù)記錄在表1。當(dāng)產(chǎn)品安置在布放架上放入壓力釜時(shí)，為保證產(chǎn)品不浮出水面，應(yīng)先把產(chǎn)品配成微負(fù)浮力，配平方法如圖1所示。在壓力釜上端放置剛性墊板，并在墊板上平放高精度電子秤，同時(shí)將一平板放在電子秤上去皮，再通過零浮力細(xì)繩將產(chǎn)品系住并掛接在平板上，慢慢將產(chǎn)品放入水中，待平穩(wěn)后記錄電子秤上產(chǎn)品的水中負(fù)浮力F水（K）數(shù)值并填人表1。
(2)在產(chǎn)品底部配一串鋼珠鏈條，如圖2所示。當(dāng)產(chǎn)品放入壓力釜進(jìn)行加壓后，隨著壓力的增加，壓力釜內(nèi)水的密度變大使產(chǎn)品浮力增加；同時(shí)產(chǎn)品體積在高壓下被壓縮，產(chǎn)品浮力減�。辉谶@二者的綜合影響下，產(chǎn)品的浮力還是大于重力，會向上浮并帶起懸掛在產(chǎn)品底部的鋼珠。因此在產(chǎn)品底部配置鋼珠個(gè)數(shù)及重量時(shí)要進(jìn)行預(yù)估算，不能掛太重。
(3)將產(chǎn)品布放在壓力釜內(nèi)。將配好鋼珠鏈條的產(chǎn)品安放在特制的布放架上，并通過行車將其吊放在壓力釜內(nèi)，如圖3所示。布放架上安裝有攝像裝置及照明系統(tǒng)，可記錄產(chǎn)品在水下的運(yùn)動全過程。
(4)密閉好壓力釜后開始加壓。密閉好壓力釜后，逐漸加壓，根據(jù)產(chǎn)品在水下的最大工作深度設(shè)定加壓曲線，如產(chǎn)品所受最大壓力為p MPa，可根據(jù)需要記錄n個(gè)點(diǎn)，則在p／n MPa，2p／n MPa，3p／n MPa，4p／n MPa，…，pMPa各保壓2 min，以方便攝像機(jī)取出后能準(zhǔn)確讀取產(chǎn)品提起的鋼球個(gè)數(shù)。加壓時(shí)間曲線示意圖如圖4所示。加壓過程中，隨著產(chǎn)品浮力的增加，產(chǎn)品逐漸上浮并將吊掛的鋼珠提起，如圖5所示。在加壓完成后，進(jìn)行卸壓。
(5)取出產(chǎn)品，讀取水下攝像設(shè)備錄像，并將數(shù)據(jù)記錄在表2。
3計(jì)算方法
3.1 計(jì)算產(chǎn)品重量M與初始體積V。
其中：M為產(chǎn)品重量（指產(chǎn)品真空中的重量）；V。為產(chǎn)品初始體積（產(chǎn)品空氣中的體積）；M空氣為產(chǎn)品在空氣中重量；F水為產(chǎn)品在水中的負(fù)浮力；P壓力釜水為壓力釜內(nèi)水在一定溫度下的密度；F空氣為產(chǎn)品在空氣中的浮力；p氣為空氣密度，P空氣=0. 001 23 g／cm3。
由式(1)、式(2)、式(3)可計(jì)算出M和Vo。
3.2計(jì)算某一壓力下產(chǎn)品的體積損失V壓力損失
根據(jù)下式計(jì)算某一壓力p下壓力釜中水的密度：
其中：P壓力釜加壓后水為某一壓力下壓力釜水的密度，(kg/m3)；V為壓力釜的體積；AV為壓力釜內(nèi)的水在加壓后的體積減小量。
根據(jù)下式計(jì)算產(chǎn)品在某一壓力下的體積：
其中：V1為產(chǎn)品某一壓力下體積；M鋼珠為某一壓力下提起鋼珠重量，kg。由公式(5)可計(jì)算出V1，則V壓力損失=Vo -V,。
4結(jié)論
本文采用將產(chǎn)品放入壓力釜內(nèi)，并對其進(jìn)行加壓，通過加壓過程中產(chǎn)品提起的鋼珠重量來計(jì)算出產(chǎn)品的體積損失值，為產(chǎn)品海試前配重試驗(yàn)提供數(shù)據(jù)支持。本方法為計(jì)算產(chǎn)品水下一定壓力下的體積損失提供了一條新思路。
5摘要：首先簡要敘述了海洋環(huán)境監(jiān)測平臺在水下一定壓力下體積損失的計(jì)算對產(chǎn)品海試前配重的重要性；然后介紹了將產(chǎn)品放入壓力釜內(nèi)，并對其進(jìn)行加壓，通過加壓過程中產(chǎn)品提起的鋼珠重量來計(jì)算出產(chǎn)品體積損失值的方法，并給出了計(jì)算公式，為計(jì)算產(chǎn)品水下一定壓力下的體積損失提供了一條思路。
