[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

本發明提供了一種高效的實驗波浪水槽共振消波裝置及方法，屬于海洋工程波浪物理模擬技術領域。該裝置設置于實驗室波浪水槽內，位于水槽末端直壁的前方，包括豎向運動裝置、水平運動裝置、支撐部件、孔隙材料和矩形箱體，通過豎向運動裝置可使矩形箱體發生垂直升降，來調節矩形箱體的吃水。通過水平運動裝置，可調節水槽端部縫隙寬度。當將矩形箱體的長度、吃水和縫隙寬度調節到目標值后，矩形箱體通過支撐部件固定在實驗水槽中，保證矩形箱體和支撐部件在波浪作用下不發生運動。本消波裝置具有安裝靈活、便與調整、操作簡單等特點。能夠在有限長度的實驗水槽內，對較寬波頻范圍的波浪展開實驗，尤其是可以開展低頻長波實驗。

技術領域

本發明屬于海洋工程波浪物理模擬技術領域，提出了一種高效的實驗波浪水槽共振消波裝置及方法。利用共振頻率下，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，從而減小水槽或水池末端的反射波波幅，達到消波的目的。

背景技術

目前，海洋工程類實驗室中的波浪水槽或波浪水池，大多采用布置人工岸灘或消能網的方法，來減小水槽或水池末端的反射波，以確保實驗精度。為了達到良好的消波效果，人工岸灘或消能網的長度一般至少需要一倍以上的入射波波長。而對于低頻長波，有效的消波段長度則往往需要幾倍的入射波波長。此外，以上兩種傳統消波裝置的消波效果，對波浪參數具有顯著的依賴作用，難以在整個實驗波頻范圍內實現對反射波波幅的有效減小(即達到反射系數小于0.1的目標)。傳統消波裝置具有消波段長和適用波頻范圍窄的缺點，導致在實驗過程中，經常出現無法有效消除反射波的情況，對實驗結果產生嚴重影響。特別是對于一些已經建成的長度不大的實驗水槽來說，消除低頻長波所需要的過長消波段嚴重限制了實驗工作的有效展開。因此，本發明提出一種高效的消波方法，基于該方法提出了一種消波段長度短、適用波頻范圍廣的消波裝置。尤其是其可以有效減小低頻長波反射的特性，對確保實驗范圍和提高實驗精確度十分有價值。

發明內容

為了能夠在有限長度的實驗水槽內，對較寬波頻范圍的波浪展開實驗，尤其是開展低頻長波實驗，本發明基于共振原理提出了一種高效的實驗室消波方法和消波裝置。

本發明的技術方案：

一種高效的實驗波浪水槽共振消波裝置，該裝置放置于實驗室波浪水槽內，位于水槽末端直壁的前方，如附圖1所示。包括豎向運動裝置、水平運動裝置、支撐部件、孔隙材料和矩形箱體；

所述的豎向運動裝置包括豎向齒輪、旋轉齒輪、搖桿和長條板；豎向齒輪和旋轉齒輪相互咬合，旋轉齒輪與搖桿固連；連接箱體的長條板固定在豎向齒輪的下端，通過螺釘來連接矩形箱體；轉動搖桿，通過旋轉齒輪帶動豎向齒輪、長條板和矩形箱體同時發生豎向運動；

所述的水平運動裝置包括水平軌道和底部滑輪；兩條水平軌道對稱固定在實驗波浪水槽的兩個側壁的橫梁上部，為底部滑輪提供運動軌道；

所述的支撐部件包括豎向固定裝置、水平固定裝置和“門”字型支架，“門”字型支架的橫梁上設有凹槽，豎向齒輪和旋轉齒輪被限制于凹槽中；水平固定裝置為“門”字型支架底端的兩個卡爪，用于將支撐部件卡固在水槽側壁橫梁上；豎向固定裝置位于“門”字型支架的橫梁上，用于夾持豎向齒輪，從而將豎向運動裝置固定于“門”字型支架的橫梁上；

所述的孔隙材料為多孔金屬材料，填充于矩形箱體與水槽末端直壁之間的縫隙中，孔隙材料起到阻尼的作用，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；

所述的矩形箱體的長度L根據入射波的波浪參數來確定，其長度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等不同規格；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。