[發明專利]風浪流與海冰動態耦合實驗裝置及海冰漂移堆積實驗方法

在審

• 申請號: 202210536164.0
• 申請日: 2022-05-17
• 公開（公告）號: CN114910249A
• 公開（公告）日: 2022-08-16
• 發明（設計）人: 李志富;周渝凱;石玉云;趙橋生;胡俊明
• 申請（專利權）人: 江蘇科技大學
• 主分類號: G01M10/00
• 分類號: G01M10/00
• 代理公司: 南京正聯知識產權代理有限公司 32243
• 代理人: 鄧道花

本發明是一種風浪流與海冰動態耦合實驗裝置，該耦合實驗裝置包括風浪流實驗水池以及與所述風浪流實驗水池連接的風浪流模擬系統，所述風浪流實驗水池與所述風浪流模擬系統用于構建風浪流與海冰動態耦合的目標聯合場，在所述風浪流實驗水池上方設置有可調節海洋裝備，模擬流動海冰與海洋結構物碰撞過程中而發生的行為；在所述風浪流實驗水池的內壁兩側安裝有引流板，引導并調節漂移海冰密集度。本發明能夠為海冰與風浪流相互作用問題提供必要的實驗技術，為極地工程裝備設計運營提供支撐。

技術領域

本發明屬于極地船舶與海洋工程裝備設計制造技術領域，具體涉及一種風浪流與海冰動態耦合實驗裝置及海冰漂移堆積實驗方法。

背景技術

海洋中風-浪-流載荷誘導的海冰漂移、重疊、堆積過程機理，以及海冰與結構物相互作用特征，長期以來一直是極地海洋工程領域的重要課題。伴隨極地海冰不斷地生長與消融，海冰并不能夠固定在海面某一特定位置處，而是在風浪流的作用下經常發生漂移運動。浮冰的聚集堆積造成了“成筏”或“造脊”現象，形成的新冰體導致海冰的厚度和硬度增加，堆積的浮冰會提高作用在附近海洋結構物上的冰載荷，并對結構的穩定性和正常運行造成一定的安全隱患。

近些年，圍繞海冰的物理力學性質和堆積過程進行過大量研究。風浪流耦合作用下的海冰漂移堆積問題，主要方式有現場監測、理論分析、模型試驗和數值模擬。在模型試驗技術方面，以往主要關注風、浪、流等單因素環境下海冰參數的測試。然而，對于如何實現風浪流聯合場的耦合實驗，理清海冰動力學響應之間的耦合關系，并綜合考慮海冰和結構參數等因素，從而精細化研究海冰漂移堆積等過程，目前仍有待進一步探索。

因此，迫切需要研發一種海冰與風浪流耦合作用動力響應實驗系統及海冰漂移堆積實驗方法，開展相關的水池模型實驗，為極地海洋裝備研發設計和極地資源探采利用提供支撐。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明提出一種風浪流與海冰動態耦合實驗裝置及海冰漂移堆積實驗方法，能夠為海冰與風浪流相互作用問題提供必要的實驗技術，為極地工程裝備設計運營提供支撐。

為了達到上述目的，本發明是通過以下技術方案實現的：

本發明是提供了一種風浪流與海冰動態耦合實驗裝置，包括實驗水池，包括實驗水池，其搭載的風浪流模擬系統用于構建風浪流與海冰動態耦合的目標聯合場；水池內壁兩側安裝有引流板，用于引導并調節漂移海冰密集度；設在實驗水池上方的可調節海洋裝備可以模擬流動海冰與海洋結構物碰撞過程中而發生的海冰漂移堆積爬坡等行為。本發明還提供一種海冰漂移堆積實驗方法，主要是設置一些傳感器、監測處理系統，通過試驗模擬-反饋-分析調節的機理測量海冰陣列模型在不同參數風浪流作用下的漂移堆積特性。

本發明的進一步改進在于：所述的風浪流模擬系統包括造風機構、造浪機構、造流機構，所述的造風機構包括基座、風機、整流格柵，整流格柵位于風機前側，一同安裝在基座上，所述基座固定在水池壁面；所述風機包括驅動電機、扇葉、舵葉，驅動電機帶動扇葉旋轉，舵葉能夠調整左右風向；所述整流格柵包括支架、傳動軸、數個葉片，能夠調整上下風向，且使風流變得更加均勻。

本發明的進一步改進在于：所述的造浪機構包括造波機、消波灘，當造波機工作時，風浪流水池中靜水面興起波浪，通過風浪流水池尾部的多孔隙消波灘造成波浪能量衰減，使波浪不會反射影響入射波。

本發明的進一步改進在于：所述的造流機構包括水泵、支流管、總管道，通過該水泵將水體增壓由支流管運輸到總管后再次均勻輸入到實驗水池，通過水泵控制水流流速，用于產生速度恒定的有效水流循環。