[發明專利]一種高效的實驗波浪水槽共振消波裝置及方法

有效

• 申請號: 201711346796.6
• 申請日: 2017-12-15
• 公開（公告）號: CN107941460B
• 公開（公告）日: 2023-06-13
• 發明（設計）人: 呂林;宋志偉;唐國強;周忠兵;蔡圣茹
• 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: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪;侯明遠

1.一種高效的實驗波浪水槽共振消波裝置，其特征在于，該裝置放置于實驗室波浪水槽內，位于水槽末端直壁(F)的前方，包括豎向運動裝置(A)、水平運動裝置(C)、支撐部件(B)、孔隙材料(D)和矩形箱體(E)；

所述的豎向運動裝置(A)包括豎向齒輪(1)、旋轉齒輪(2)、搖桿(3)和長條板(8)；豎向齒輪(1)和旋轉齒輪(2)相互咬合，旋轉齒輪(2)與搖桿(3)固連；連接箱體的長條板(8)固定在豎向齒輪的下端，通過螺釘來連接矩形箱體(E)；轉動搖桿(3)，通過旋轉齒輪(2)帶動豎向齒輪(1)、長條板(8)和矩形箱體(E)同時發生豎向運動；

所述的水平運動裝置(C)包括水平軌道(4)和底部滑輪(5)；兩條水平軌道(4)對稱固定在實驗波浪水槽的兩個側壁(H)的橫梁上部，為底部滑輪(5)提供運動軌道；

所述的支撐部件(B)包括豎向固定裝置(6)、水平固定裝置(7)和“門”字型支架(9)，“門”字型支架(9)的橫梁上設有凹槽，豎向齒輪(1)和旋轉齒輪(2)被限制于凹槽中；水平固定裝置(7)為“門”字型支架(9)底端的兩個卡爪，用于將支撐部件(B)卡固在水槽側壁(H)橫梁上；豎向固定裝置(6)位于“門”字型支架(9)的橫梁上，用于夾持豎向齒輪(1)，從而將豎向運動裝置(A)固定于“門”字型支架(9)的橫梁上；

所述的孔隙材料(D)為多孔金屬材料，填充于矩形箱體(E)與水槽末端直壁(F)之間的縫隙中，孔隙材料(D)起到阻尼的作用，來消耗入射波的能量；所述的多孔金屬材料為金屬絲網或格柵板。

2.根據權利要求1所述的一種高效的實驗波浪水槽共振消波裝置，其特征在于，所述的矩形箱體(E)的長度L通過具有不同尺寸的標準箱體來組合調節；標準箱體的長度有50cm、20cm、10cm、5cm和1cm的不同規格；標準箱體的寬度比實驗水槽的內徑小1cm，各標準箱體外側面粘貼尼龍刷絲材料，以填充標準箱體模塊與水槽內壁之間的間隙；標準箱體的高度與實驗波浪水槽的高度相同。

3.一種高效的實驗波浪水槽共振消波的方法，其特征在于，該方法是基于權利要求1-2任一所述的一種高效的實驗波浪水槽共振消波裝置實現的，以局部波浪共振和阻尼耗散原理為基礎，利用局部空間內波浪響應幅值大和機械能耗散顯著的現象來吸收入射波浪的能量，具體步驟如下：

步驟一：確定入射波浪的波浪要素：水深h、波浪頻率ω和波高H，根據色散關系式采用迭代法求解出入射波的波長λ；

步驟二：根據入射波浪的波長λ，確定縫隙寬度S；縫隙寬度S的選取按照以下規則進行選取：對于波長參數范圍為1.00mλ2.70m的入射波，縫隙寬度S在0.07m～0.10m之間選取；波長參數范圍為2.70mλ4.00m的入射波，縫隙寬度S在0.10m～0.15m之間選取；波長參數范圍為4.00mλ6.55m的入射波，縫隙寬度S在0.15m～0.20m之間選取；

步驟三：根據入射波浪的波長λ，確定矩形箱體(E)的長度L；矩形箱體(E)的長度L根據下列規則進行選取：對于波長參數范圍為1.00mλ2.70m的入射波，長度L在0.01m～1.00m之間選取；波長參數范圍為2.70mλ4.00m的入射波，長度L在1.00m～1.50m之間選取；波長參數范圍為4.00mλ6.55m的入射波，長度L在1.50m～1.80m之間選取；

步驟四：當縫隙寬度S和矩形箱體(E)的長度L確定后，根據共振條件ω_r≈ω，確定矩形箱體(E)的吃水d；當得到的吃水d大于水深的90％或小于水深的20％時，返回步驟二和步驟三，重新選取縫隙寬度S和矩形箱體(E)的長度L；

步驟五：根據選取好的矩形箱體(E)的長度L、吃水d和縫隙的寬度S，利用阻尼條件，確定出最優阻尼系數μ；

步驟六：以矩形箱體(E)的長度L為基準，選取不同尺寸的標準箱體進行組合，保證所選取的標準箱體的長度總和達到L；通過長條板(8)將矩形箱體(E)固定連接在豎向齒輪(1)上；

步驟七：轉動搖桿(3)，通過旋轉齒輪(2)帶動豎向齒輪(1)、長條板(8)和矩形箱體(E)同時發生豎向運動，調節矩形箱體(E)到步驟四所計算得到的吃水d；然后，通過豎向固定裝置(6)將豎向運動裝置(A)固定在“門”字型支架(9)上；

步驟八：利用水平運動裝置(C)，調節縫隙達到目標寬度S后，通過水平固定裝置(7)將支撐部件(B)固定在水槽側壁(H)的上端；

步驟九：根據最優阻尼系數μ，安裝具有合適孔隙率的孔隙材料(D)。