[發明專利]一種模擬無限循環孤立波誘發海床壓力水槽裝置及其方法

有效

• 申請號: 202011107341.0
• 申請日: 2020-10-16
• 公開（公告）號: CN112229602B
• 公開（公告）日: 2021-11-02
• 發明（設計）人: 田壯才;宋雷;張少同;張明偉;劉盛東
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: G01M10/00
• 分類號: G01M10/00
• 代理公司: 濟南泉城專利商標事務所 37218
• 代理人: 張貴賓

本發明公開了一種模擬無限循環孤立波誘發海床壓力的水槽裝置，包括水槽、孤立波模型、機械傳動系統。水槽為透明玻璃制成，使用膠條將四塊玻璃密封，密封處使用金屬框架固定，使其成為水槽整體，水槽內鋪設人工海床，海床內埋設一組孔壓傳感器。孤立波模型為基于KdV方程制作的中空輕質塑料體，塑料體外形由KdV方程和水槽尺寸確定，內部可注入不同密度液體，上端有連接環并與滑軌相連。機械傳動系統由伺服電機、固定輪、繩索和滑軌組成，伺服電機通過繩索帶動孤立波模型沿滑軌運動。本發明結構簡單，操作方便，可以通過孤立波模型的運動,來實現孤立波誘發海床壓力的無限次循環作用，克服室內實驗分層水體易混合的缺點。

技術領域

本發明涉及海洋工程地質與水動力學實驗研究領域，具體而言，特別涉及一種模擬無限循環孤立波誘發海床壓力水槽裝置及其方法。

背景技術

孤立波是發生在密度穩定層結海水中的一種波動，頻率介于慣性頻率和浮頻率二者之間，半波特征寬度可達幾十公里，而作用周期最長可達幾十個小時。孤立波是一種特殊的非線性內波，發生在海洋內部密度不均勻水層間，幾乎能夠貫穿海洋全深度，具有周期短、振幅大、流速強、傳播速度快等特點，其速度、波形在傳播過程中基本保持不變，對海上油氣開采、海洋工程、水下航行等都有重要的影響。

實驗室常用來模擬孤立波產生的方法有重力塌陷法和推板式造波法，已有的方法重復性均較差，實驗開始后分層水之間混合特別嚴重，水槽內最多生成十幾個孤立波。目前,急需一種可以無限循環孤立波誘發海床壓力的水槽裝置，來模擬孤立波的多次作用過程。

發明內容

為了彌補現有技術的不足，本發明提供了一種模擬無限循環孤立波誘發海床壓力水槽裝置及其方法。

本發明是通過如下技術方案實現的：一種模擬無限循環孤立波誘發海床壓力水槽裝置，包括水槽以及安裝在水槽頂部的機械傳動系統。其中，機械傳動系統包括伺服電機、固定輪、繩索和滑軌，伺服電機固定安裝在水槽頂部一端，固定輪通過固定架固定安裝在水槽頂部的另一端，伺服電機與固定輪之間通過繩索連接，繩索通過伺服電機提供動力，繩索下方裝有滑軌，繩索上通過連接環連接孤立波模型，伺服電機通過繩索帶動孤立波模型沿滑軌運動，水槽內底部一端鋪設人工海床，人工海床內埋設孔壓傳感器。

作為優選方案，水槽的四壁為透明玻璃，透明玻璃通過膠條將四塊透明玻璃密封，并且密封處使用金屬框架固定。

作為優選方案，孤立波模型的外形由KdV方程和水槽尺寸計算確定，可制成符合KdV方程的多種形態的孤立波模型，計算公式如下：

其中, ,，g是重力加速度，h是液體深度，v是相速度，t是時間。

進一步地，孤立波模型的外殼材質為輕質塑料材料，孤立波模型的內部中空，頂部設有注水孔。

作為優選方案，孔壓傳感器沿人工海床的不同深度布設。

一種模擬無限循環孤立波誘發海床壓力水槽裝置的工作方法，具體步驟如下：

S1、在水槽內鋪設人工海床、布設孔壓傳感器；

S2、注入液體至滑軌界面；

S3、在水槽一端安裝孤立波模型；

S4、通過伺服電機控制孤立波模型向前運動；

S5、拆卸孤立波模型，并安裝在水槽另一端；

S6、重復步驟S4-S5，直至滿足實驗要求。

本發明由于采用了以上技術方案，與現有技術相比使其具有以下有益效果：本發明通過孤立波模型運動實現孤立波誘發海床壓力的無限次循環作用，克服室內實驗分層水體易混合的缺點，同時由于模型固定,保證每次作用過程引起的壓力變化一致,對實驗結果具有可靠保證，機械裝置整體結構簡潔、操作簡單。