[發明專利]一種可連續進行內孤立波實驗的裝置及方法

有效

• 申請號: 202011480986.9
• 申請日: 2020-12-15
• 公開（公告）號: CN112697392B
• 公開（公告）日: 2021-11-05
• 發明（設計）人: 袁野平;羅轅野;林穎典;賀治國;姜書;王瑾
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01M10/00
• 分類號: G01M10/00;G01N9/24
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 忻明年

1.一種可連續進行內孤立波實驗的裝置，包括實驗水槽（1）、儲水箱（2）、位于實驗水槽（1）和儲水箱（2）之間的導軌（3）、在導軌（3）上可移動的尾門板（4）以及與尾門板（4）鉸接的多孔消波板（5），其中實驗水槽（1）和儲水箱（2）緊鄰設置，尾門板（4）設置在實驗水槽（1）和儲水箱（2）相鄰面上，其特征在于：

所述尾門板（4）中心鏤空，內置滑軌；所述滑軌上裝有滑塊（6），滑塊（6）上裝有一列CT探頭（7），用于探測密度剖面，確定混合層厚度；半潛體（8）與所述滑塊（6）鉸接，使得滑塊（6）可隨著半潛體（8）自由地上下滑動；

所述半潛體（8）內通有一根細管，與實驗水槽（1）外的小流量蠕動泵相連，所述蠕動泵、CT探頭均與微電腦相連；

所述實驗水槽（1）底部還裝有平板型進水口（9），與下層流體水箱相連通；實驗水槽（1）上部有一浮塊（10），與上層流體水箱相連通。

2.根據權利要求1所述的一種可連續進行內孤立波實驗的裝置，其特征在于：所述儲水箱（2），實驗水槽（1）的三個壁面設置為鋼化玻璃板，尾門板（4）為亞克力板所制，滑塊（6）與半潛體（8）為塑料所制。

3.根據權利要求1所述的一種可連續進行內孤立波實驗的裝置，其特征在于：所述尾門板（4）通過伺服電機在導軌（3）上上下移動，尾門板（4）上端與多孔消波板（5）鉸接，在移動尾門板（4）時，多孔消波板（5）隨之同步移動。

4.根據權利要求1所述的一種可連續進行內孤立波實驗的裝置，其特征在于：所述尾門板（4）側邊涂抹凡士林以防止發生漏水。

5.根據權利要求1至4中任一項所述的一種可連續進行內孤立波實驗的裝置，其特征在于：所述半潛體（8）和滑塊（6）總體排水量不變，通過增減半潛體（8）內部液體的體積使其匹配不同的密度，保持其位置與混合層位置水平。

6.一種可連續進行內孤立波實驗的方法，使用權利要求1至5中任一項所述的裝置，其特征在于：

a. 實驗前設置尾門高度

實驗前根據實驗參數，使用伺服電機調節尾門板（4）的高度至分層流體總高度；調節半潛體（8）內的液體量，將其平均密度設置為混合層平均密度；

通過平板型進水口（9）向實驗水槽（1）內加入下層流體，而后使用蠕動泵通過浮塊（10）向實驗水槽（1）中緩速注入上層流體，直到液面到達尾門高度并溢出后停止注水；

此時由于重力與浮力的作用，半潛體（8）和滑塊（6）停留在混合層位置，且由于受到多孔消波板（5）的遮蔽作用，滑塊（6）在實驗過程中幾乎不發生位移；CT探頭（7）記錄此時混合層附近的密度剖面形態；

b.實驗中保持液面恒定

內孤立波實驗中使用“塌陷法”造波，在實驗水槽（1）左側使用閘門阻隔后，通過浮塊（10）向閘門內注入上層流體，使得閘門內外產生高度差；在移除閘門后即產生“塌陷”從而生成內孤立波；

內孤立波經過試驗區域后到達尾門板（4），在多孔消波板（5）處破碎并耗散；

c.實驗后抽取混合層流體并重復實驗

內孤立波實驗使得分層水體發生混合，使得混合層變厚；CT探頭（7）測得密度剖面，確定混合層厚度，微電腦控制小流量蠕動泵將其中液體吸出；通過負反饋控制小流量蠕動泵流量，降低混合層厚度，逐漸逼近初始混合層剖面厚度，最后達到與實驗前混合層厚度相同的目的；

微電腦根據吸取的流量和時間計算出吸取的液體體積，由于雙層流體環境多為向下混合，因此通過底部的平板型進水口（9）加入相同體積的下層流體后，實驗水槽（1）內的流體就重新回到了實驗前的狀態，可重復進行實驗。

7.根據權利要求6所述的方法，其特征在于：

在實驗中注入上層流體后尾門板（4）處將發生溢流，保持液面高度穩定，溢流的流體落入儲水箱（2）中，可在實驗后重復利用。