CN102221446A - 一种双板式内孤立波造波装置及其造波方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双板式内孤立波造波装置及其造波方法，其特征在于：它包括一密度分层水槽、一上推板、一下推板、两套传动机构和一控制终端；上、下推板布置于水槽的横断面上，且上、下推板与水槽等宽；两套传动机构分别连接上、下推板，并由控制终端控制；控制终端通过改变传动机构的传动方式，驱动上、下推板以各自的速度、加速度和行程反向水平运动。本发明可以控制内孤立波的波形、振幅和波宽等参数，不仅实现了波形参数的可控，而且使同一波形的内孤立波的重复成为可能。

Description

一种双板式内孤立波造波装置及其造波方法

技术领域

本发明涉及一种造波装置，特别是关于一种造波参数可控的双板式内孤立波造波装置及其造波方法。

背景技术

在实际海洋中，海水的温度、盐度和密度是随空间与时间变化的，由此会产生影响水中航行体与海洋工程结构安全运行的海洋内孤立波。分层流试验水槽是研究海洋内孤立波特性的主要设备，其中内孤立波的模拟是进行实验研究的主要技术条件。在内波试验水槽中，有许多产生内孤立波的方法。现有的内孤立波造波技术主要有抽板式、振动台式、划浆扰动式和闸门式等等。这些造波技术的基本原理是对静止的分层流体施加一个瞬态的扰动，从而在分层界面上产生内孤立波。然而这些造波技术都具有缺陷：即“扰动”的施加是人为的，过程很难控制，通常由操作人员的经验所决定，因此难以稳定地控制扰动的大小和持续时间，以产生波形参数可控的内孤立波，也很难产生波形可重复的内孤立波。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种造波参数可控的双板式内孤立波造波装置及其造波方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种双板式内孤立波造波装置，其特征在于：它包括一密度分层水槽、一上推板、一下推板、两套传动机构和一控制终端；所述上、下推板布置于所述水槽的横断面上，且所述上、下推板与所述水槽等宽；两套所述传动机构分别连接所述上、下推板，并由所述控制终端控制；所述控制终端通过改变传动机构的传动方式，驱动所述上、下推板以各自的速度、加速度和行程反向水平运动。

每套所述传动机构包括两条滑轨、四个皮带轮、一传动皮带和一电机；所述两条滑轨分别水平设置在所述水槽两侧的边壁上；所述四个皮带轮围成矩形，且其中三个皮带轮固定在所述水槽一侧的边壁上，另一皮带轮与所述电机的输出轴连接；所述传动皮带与所述上推板或下推板连接，且所述传动皮带依次绕过所述四个皮带轮；所述电机固定在所述水槽的边壁上，并与所述控制终端连接；所述上、下推板两侧均安装有滑轮，使所述上、下推板可沿着所述滑轨滑动。

在所述上、下推板的一侧分别加装横向支撑。

一种上述双板式内孤立波造波装置的造波方法，其包括以下步骤：1)在水槽中先注入两层密度不同的流体，并使密度跃层位于上、下推板分界线处；2)控制终端通过传动机构驱动上、下推板同时反向水平运动，使水槽内的两层流体产生反向流动，从而在两层流体分层界面上产生上凸或下凹的内孤立波。

为保证水槽内的质量平衡，上、下推板的运动速度有如下关系：

$\frac{v_1}{v_2}=\frac{h_2}{h_1}$

式中，v₁、v₂分别为上、下推板的瞬时速度，h₁、h₂分别为上、下推板的高度。

所述控制终端通过调整输入参数，改变所述上、下推板的速度、加速度和行程，从而产生不同波高、不同波速、不同波形的内孤立波。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明基于内孤立波的理论模型并结合质量守恒原理，提出了由两层流体反向流动产生内孤立波的构思，并在水槽内加以实现，从而弥补了现有造波技术缺乏理论依据的不足，为海洋内孤立波的模拟技术提供了新的方向。2、本发明是采用两块推板在流体中逆向运动使两层流体反向流动而产生内孤立波，且对两块推板的运动过程进行了分别控制，因此可以控制内孤立波的波形、振幅和波宽等参数，不仅实现了波形参数的可控，而且使同一波形的内孤立波的重复成为可能。3、本发明采用双板联动的方式，用电脑对推板的运动过程进行了主动控制，尽可能避免了人为影响，使产生的内孤立波的波形稳定清晰，尾波小。

附图说明

图1是本发明的结构示意图

图2是本发明的造波示意图

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

如图1所示，本发明的造波装置包括一密度分层水槽1、一上推板2、一下推板3、两套传动机构4和一控制终端5。上、下推板2、3布置于水槽1某横断面上，且上、下推板2、3与水槽1等宽，上、下推2、3板的高度分别与水槽1内两层流体的高度相同，上、下推2、3板的高度和两层流体的高度可根据实验需要调节。两套传动机构4分别连接上、下推板2、3，并由控制终端5控制。控制终端5通过调整输入参数，改变传动机构4的传动方式，从而驱动上、下推板2、3以各自的速度、加速度和行程反向水平运动。

上述实施例中，每套传动机构4包括两条滑轨41、四个皮带轮42、一传动皮带43和一电机44。其中，两条滑轨41分别水平设置在水槽1两侧的边壁上；四个皮带轮42围成矩形，且其中三个皮带轮42固定在水槽1一侧的边壁上，另一皮带轮42与电机44的输出轴连接；传动皮带43与上推板2或下推板3连接，且传动皮带43依次绕过四个皮带轮42；电机44固定在水槽1的边壁上，并与控制终端5连接。此外，上、下推板2、3两侧均安装有滑轮，使上、下推板2、3可沿着滑轨41滑动。当电机44启动时，带动传动皮带43运行，与传动皮带43相连的上、下推板2、3将沿着滑轨41做水平运动。

上述实施例中，为保证造波过程中上、下推板2、3的稳定性，在上、下推板2、3的一侧分别加装横向支撑6。

下面具体描述本发明的内孤立波造波方法。

在水槽1中先后注入两种密度不同的流体，并使密度跃层位于上、下推板2、3分界线处。如图2所示，实施造波时，控制终端5通过传动机构4驱动上、下推板2、3同时反向水平运动，使水槽1内的两层流体产生反向流动，从而在两层流体分层界面上产生上凸或下凹的内孤立波。为保证水槽1内的质量平衡，上、下推板2、3的运动速度有如下关系：

$\frac{v_1}{v_2}=\frac{h_2}{h_1}$

式中，v₁、v₂分别为上、下推板2、3的瞬时速度，h₁、h₂分别为上、下推板2、3的高度。

由于控制终端5可调整输入参数，改变上、下推板2、3的速度、加速度和行程，从而产生不同波高、不同波速、不同波形的内孤立波，实现了波形参数的可控；同时，由于造波过程始终由控制终端5进行控制，尽可能避免了人为影响，保证了所产生的内孤立波的波形稳定性。

本发明仅以上述实施例进行说明，各部件的结构、设置位置、及其连接都是可以有所变化的，在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别部件进行的改进和等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (6)

1.一种双板式内孤立波造波装置，其特征在于：它包括一密度分层水槽、一上推板、一下推板、两套传动机构和一控制终端；所述上、下推板布置于所述水槽的横断面上，且所述上、下推板与所述水槽等宽；两套所述传动机构分别连接所述上、下推板，并由所述控制终端控制；所述控制终端通过改变传动机构的传动方式，驱动所述上、下推板以各自的速度、加速度和行程反向水平运动。

2.如权利要求1所述的一种双板式内孤立波造波装置，其特征在于：每套所述传动机构包括两条滑轨、四个皮带轮、一传动皮带和一电机；所述两条滑轨分别水平设置在所述水槽两侧的边壁上；所述四个皮带轮围成矩形，且其中三个皮带轮固定在所述水槽一侧的边壁上，另一皮带轮与所述电机的输出轴连接；所述传动皮带与所述上推板或下推板连接，且所述传动皮带依次绕过所述四个皮带轮；所述电机固定在所述水槽的边壁上，并与所述控制终端连接；所述上、下推板两侧均安装有滑轮，使所述上、下推板可沿着所述滑轨滑动。

3.如权利要求1或2所述的一种双板式内孤立波造波装置，其特征在于：在所述上、下推板的一侧分别加装横向支撑。

4.一种如权利要求1-3任一所述双板式内孤立波造波装置的造波方法，其包括以下步骤：

1)在水槽中先注入两层密度不同的流体，并使密度跃层位于上、下推板分界线处；

2)控制终端通过传动机构驱动上、下推板同时反向水平运动，使水槽内的两层流体产生反向流动，从而在两层流体分层界面上产生上凸或下凹的内孤立波。

5.如权利要求4所述的一种双板式内孤立波造波装置的造波方法，其特征在于：为保证水槽内的质量平衡，上、下推板的运动速度有如下关系：

$\frac{v_1}{v_2}=\frac{h_2}{h_1}$

式中，v₁、v₂分别为上、下推板的瞬时速度，h₁、h₂分别为上、下推板的高度。

6.如权利要求4或5所述的一种双板式内孤立波造波装置的造波方法，其特征在于：所述控制终端通过调整输入参数，改变所述上、下推板的速度、加速度和行程，从而产生不同波高、不同波速、不同波形的内孤立波。

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