[發明專利]一種內波與氣泡相互作用的實驗系統

有效

• 申請號: 201710370573.7
• 申請日: 2017-05-23
• 公開（公告）號: CN107219060B
• 公開（公告）日: 2019-04-16
• 發明（設計）人: 鄒麗;宗智;王振;裴玉國;于宗冰;趙天奉;石中玉;孫鐵志
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G01M10/00
• 分類號: G01M10/00
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 閻昱辰;李洪福

本發明公開了一種內波與氣泡相互作用的實驗系統，包括實驗槽、設置在實驗槽內的擾動單元和氣泡發生單元；所述的實驗槽內部至少包括兩層密度不同的介質；所述的擾動單元包括擾動板組件，該組件包括一設置在兩介質界面的擾動產生模擬內波；同時，氣泡發生單元開啟，模擬內波和氣泡相互作用，模擬氣泡保護下潛體模型對內波的響應。相較于目前的內波水槽，本發明的內波氣泡水槽能夠完成以上的實驗模擬，彌補以往內波水槽的模擬實驗單一的缺點。

技術領域

本發明涉及一種內波實驗方法與系統，尤其是一種研究內波與氣泡相互作用的實驗方法與系統。涉及專利分類號G01測量；測試G01M機器或結構部件的靜或動平衡的測試；其他類目中不包括的結構部件或設備的測試G01M10/00流體動力學試驗；船只試驗池或水道內或上面的裝置。

背景技術

海洋內波和表面波不同，最大的振幅發生在海面以下，是一種重力波，或稱為內慣性重力波。內波的波要素有很強的隨機性，其尺度范圍很寬：對于低頻內波來說，它的波長可達幾十甚至幾百公里，波速為每秒幾米，振幅可以達到百米以上；而對于短內波來說，它的波長為幾百米到幾公里的量級，波速可達每秒幾十厘米，周期范圍從幾分鐘到幾小時之間不等，目前觀測到的最大的內潮波振幅有180米。

內波是引起海水混合、形成細微結構的重要原因。內波導致等密度面的波動，對海上設施也有破壞作用，船只航行在很淺的密度躍層上方時，其動力造成在躍層處產生內波，船只的動能被消耗，因此顯著減速。潛艇或深潛器航行時若遭遇內波，會因受到分層面起伏的影響而發生快速地上下起伏運動。強大的內波可能將潛體拋向水面或壓向海底，危及其航行安全。如水面艦艇在波浪處航行一樣，當潛體在海洋內波區域活動時，由于內波作用其也會產生“中拱”、“中垂”現象，嚴重時會造成結構斷裂。不僅如此內波還導致在水下活動的潛艇難以保持正常的航向和武器發射姿態，影響水下武器發射命中率。

海洋內波的產生應具備兩個條件：一是海水密度穩定分層，二是要有擾動能源，兩者缺一不可。在海底深層，當海水因溫度、鹽度的變化，出現密度分層后，尤其是在海水出現躍層，經大氣壓力變化、地震影響以及船舶運動等外力擾動，就可能在海水內部引發起內波。

有人對內孤立波作用下的細長潛體的運動特性進行了實驗研究，認為細長潛體在內孤立波作用下的質心運動軌跡近似于橢圓，而其垂/縱蕩和橫/縱搖主要受到波幅因子和潛深的影響：潛體位于內孤立波上/下方時主要發生縱蕩，而位于穿越內孤立波位置時主要發生垂蕩。此外調研表明，介于等溫層與躍溫層分界面的氣泡會誘導內波。以上研究結果觸發了利用氣泡保護強內波場中潛浮體的設想。目前的內波水槽主要用于模擬單向內波或擾動體產生內波，由于其作用的單一性，在面對一些新的研究問題時，出現了一定的局限性。比如：氣泡在密度躍層處的擾動所產生內波的機理問題；模擬內波與氣泡相互作用問題；模擬多個方向內波相互作用問題；在氣泡保護下，潛浮體受內波激勵運動響應緩解研究等等，這需要一種新的能夠同時模擬內波和氣泡的實驗方法與系統，本發明為研究、驗證這一類新問題提出了一套實驗方法和實驗系統。

發明內容

本發明針對以上問題的提出，而研制的一種內波與氣泡相互作用的實驗系統，包括實驗槽、設置在實驗槽內的擾動單元和氣泡發生單元；

所述的實驗槽內部至少包括兩層密度不同的介質；

所述的擾動單元包括擾動板組件，該組件包括一設置在兩介質界面的擾動板產生模擬內波；同時，氣泡發生單元，模擬內波和氣泡相互作用，模擬氣泡保護下潛體模型對內波的響應。

作為優選的實施方式，所述的擾動板組件包括一水平擾動板I，該水平擾動板I由貫穿該擾動板的驅動軸帶動，完成特定角度的轉動/擺動。

作為優選的實施方式，所述的擾動板組件包括一垂直擾動板，該垂直擾動板由貫穿垂直擾動板底邊緣的驅動軸帶動，完成特定角度的擺動/轉動。

作為優選的實施方式，所述的實驗槽為矩形。