[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

本發明公開了一種可連續進行內孤立波實驗的裝置及方法。它包括實驗水槽，儲水箱，位于實驗水槽和儲水箱之間的導軌，在導軌上可移動的尾門板以及與尾門板鉸接的多孔消波板。所述尾門板中心鏤空，內置滑軌；所述滑軌上裝有滑塊，滑塊上裝有一列CT探頭，用于探測密度剖面，確定混合層厚度；半潛體與所述滑塊鉸接，使得滑塊可隨著半潛體自由地上下滑動。所述半潛體內通有一根細管，與實驗水槽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。本發明裝置設計新穎，操作簡單，整體性好。通過該裝置增加試驗中每次獲得層結水體后可模擬內孤立波運動及破碎的實驗次數，成功地實現了持續進行內孤立波實驗的目的。

技術領域

本發明涉及海洋科學與工程模型試驗領域，具體涉及一種可連續進行內孤立波實驗的裝置及方法。

背景技術

內波，是發生在層結海洋中的一種十分普遍的波動現象。內波從生成到破碎的過程引起的跨越等密度面混合，對海洋水體交換、營養鹽的輸運、維持深海環流結構起著重要的作用。陸架上內波生成問題的研究對于大陸架上環境要素的分布、海洋工程和水下航行活動都具有十分重要的意義。深海中的內波引起混合的機理復雜，受到海底地形特征、地理緯度以及層結程度等多種因素的影響。內孤立波是內波的一種，它的振幅更大，非線性也更強，其對結構物的損害也更劇烈。

內孤立波現有現場觀測、實驗室模擬、數值模擬和理論解析等研究方法。其中，實驗室模擬雙層流體情況下的內孤立波多采用“塌陷法”造波。所謂“塌陷法”即在得到分層流體之后，在水槽的一端插入擋板而在下方留下較大空隙，而后向擋板內緩慢地加入上層流體，將擋板內的下層流體通過下方空隙擠出擋板內，從而使得擋板內外的流體存在一個高度差。在抽出擋板后，在重力的作用下即會發生重力塌陷而形成下凹型內孤立波。

若想要得到上凸型內孤立波，則使用擋板將擋板內的區域完全隔絕，抽出上層流體后加入下層流體。這種造波方法操作簡單，且只要控制塌陷高度，實驗就有可重復性，現有的很多內孤立波實驗都是采用這種方法造波。但是這種方法在進行大振幅內孤立波的模擬時會存在水位上升的問題。根據上述的方法，每次造波都需要向擋板內側加入一定量的上層水。

在一個10m長的水槽中，擋板距離水槽側邊為30cm左右，而進行一次塌陷高度為11cm的實驗會使得總水位上升0.33cm，這會改變上下層水體的高度比例，從而影響實驗結果。且在使用鹽度分層的實驗中，隨著實驗的進行，內孤立波發生耗散時會使得上下層水體發生混合，使得兩層水體之間的混合層加厚，即介于上下層水體密度的水的體積增加，這同樣會影響實驗結果。

一般實驗中解決上述問題的方法就是每次實驗進行較少的工況，從而減少這兩種現象對實驗結果的影響。但是由于內孤立波發生耗散時的特性，其發生混合的區域多位于混合層附近，而遠離混合層的水體其密度剖面很少發生變化。因此理論上只要在實驗中設法減少混合層厚度以及保持水位恒定即可實現內孤立波實驗的持續進行。基于此設想了一種可以持續進行內孤立波實驗的裝置及方法。

發明內容

本發明克服了現有技術中的不足，提供了一種可以持續進行內孤立波實驗的裝置及方法。該試驗系統結構簡單，操作方便；能保持水槽內水位恒定且能夠完成在實驗中降低混合層厚度的操作；能提高內波實驗的實驗效率，且降低大量人力成本。

為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案：

本發明的一方面提供了一種可連續進行內孤立波實驗的裝置，它包括實驗水槽，儲水箱，位于實驗水槽和儲水箱之間的導軌，在導軌上可移動的尾門板以及與尾門板鉸接的多孔消波板。

所述尾門板中心鏤空，內置滑軌；所述滑軌上裝有滑塊，滑塊上裝有一列CT探頭，用于探測密度剖面，確定混合層厚度；半潛體與所述滑塊鉸接，使得滑塊可隨著半潛體自由地上下滑動。

所述半潛體內通有一根細管，與實驗水槽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。