[發明專利]一種基于波浪能的排簫海泉景觀裝置及其結構體設計方法

有效

• 申請號: 202110495460.6
• 申請日: 2021-05-07
• 公開（公告）號: CN113202052B
• 公開（公告）日: 2022-06-10
• 發明（設計）人: 連宇順;張斌;鄭金海;陶愛峰;王崗;張弛
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: E02B3/06
• 分類號: E02B3/06;E02B1/00;G06F30/13;G06F30/28
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 楊靜

1.一種基于波浪能的排簫海泉景觀裝置，其特征在于：包括至少兩個結構體和在所述結構體上貫通開設有一空腔孔洞，所述空腔孔洞包括第一空腔孔洞和第二空腔孔洞，所述第一空腔孔洞上端口與所述結構體上平面齊平，所述第一空腔孔洞下端口與第二空腔孔洞上端口直徑相同，且兩端口無縫連接；所述第二空腔孔洞為反L型，其長段為垂直段，短段為水平段，所述水平段的端口設置于海水中，處于被海水淹沒的狀態；

所述第一空腔孔洞為圓臺型空腔孔洞，其孔洞的橫截面呈上小下大的形狀；所述第二空腔孔洞為橫截面呈圓形的空腔孔洞；所述結構體的上平面高于海平面；結構體的高度自高向低依次并列排布。

2.根據權利要求1所述的一種基于波浪能的排簫海泉景觀裝置，其特征在于：所述結構體包括固定式結構體或浮式結構體，至少2個固定式結構體排列固定為景觀裝置，至少2個浮式結構體排列固定成浮式防波提。

3.根據權利要求2所述的一種基于波浪能的排簫海泉景觀裝置，其特征在于：所述固定式結構體為鋼筋混凝土塊。

4.根據權利要求2所述的一種基于波浪能的排簫海泉景觀裝置，其特征在于：通過錨泊方式將所述浮式防波提安置海域內。

5.根據權利要求4所述的一種基于波浪能的排簫海泉景觀裝置，其特征在于：所述錨泊方式為采用系泊纜繩將一體化的若干浮式結構體固定于海底。

6.根據權利要求5所述的一種基于波浪能的排簫海泉景觀裝置，其特征在于：所述系泊纜繩的一端與布置與浮式結構體的底部連接，另一端與固定設置在海底的錨固基礎連接。

7.根據權利要求6所述的一種基于波浪能的排簫海泉景觀裝置，其特征在于：所述系泊纜繩至少有4根。

8.一種排簫海泉景觀裝置中結構體的設計方法，其特征在于：權利要求2至7中任一項中的所述結構體的設計方法如下：

根據波浪理論、流體力學的連續性理論和伯努利方程，得到波浪排簫海泉景觀的設置原理和設計方法；

考慮到波浪表面高程η的表達式為:

η＝acosωt (1)

則，波幅的大小為a，波高則為2a，波浪頻率為ω，t表示時間；

設置在水深H下C截面處的坐標為Z_C，C截面為第二空腔孔洞水平段的縱截面的中心，水深H為海平面至第二空腔孔洞的深度距離；

根據波浪理論得到水深H下C截面處的壓強P_c為

P_C＝ρg(η-Z_C) (2)

其中，ρ表示海水密度，g表示重力加速度，波浪表面高程η＝acosωt；

根據孔口出流的理論得到水深H下C截面處的流速V_C為

其中，α_C表示C截面動能修正系數，ξ_C表示局部水頭損失的系數；

根據伯努利方程，得C截面至B截面的能量轉換表達式：

其中，B截面為第一空腔孔洞3的下端面；α_B表示B截面動能修正系數，V_B表示B截面處的流速，h_w表示損失的水頭，α_C表示C截面動能修正系數；將B截面的中心處設置為坐標原點的位置，Z_B＝0，Z_c＝-H；損失的水頭為由此簡化為

考慮到波浪表面高程η＝acosωt，進而得

即：

由公式(7)獲得孔洞C處截面的坐標值Z_c＝-H所對應的高程H，與孔口B截面處的流速V_B；

根據流體力學的連續性理論，由此得到半徑為r_A的A截面出口處的流速V_A：

r_B²V_B＝r_A²V_A (8)

其中，A截面為第一空腔孔洞3的上端面，r_B為第一空腔孔洞3在B截面處的半徑，r_A為第一空腔孔洞3在A截面處的半徑,A截面出口處的流速V_A,孔口B截面處的流速V_B；

根據自由落體運動，能夠得出海泉奔涌而上的高度H_A：

(V_A)²＝2gH_A (9)

由(1-9)式建立海泉奔涌而上的高度H_A和入射的波浪表面高程的關系式，通過調整A-B截面的直徑調整出口處的流速，從而調整海泉奔涌而上的高度H_A；由公式(7)根據波幅的大小α設置和調整結構的第二空腔孔洞距離海面的距離H，即設置C截面處的淹沒深度。