CN106768845B - 模拟海岸带波浪因子的单摆式造波机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种模拟海岸带波浪因子的单摆式造波机，包括造波机电机、驱动杆、曲轴连杆、推波板、推波板轴和支架；所述驱动杆为“冂”形结构，包括一个水平杆，以及分别位于水平杆两端且与水平杆垂直的竖直杆，驱动杆“冂”形结构的一个拐角处连接一个造波机电机，“冂”形结构开口处分别连接一个曲轴连杆；所述推波板为四边形结构，与水平杆对应的一边为内凹的椭圆弧开口，与椭圆弧边相对的边固定在推波板轴上，与椭圆弧边相邻的两边对应开有滑槽；所述曲轴连杆未与驱动杆连接的一端通过滑块嵌入推波板的滑槽内。本发明能有效模拟海岸带非规则水力因子组合中的波浪。

Description

模拟海岸带波浪因子的单摆式造波机
技术领域：
本发明涉及一种在实验室中进行水运动模拟的装置，属于水动力学和海洋科学交叉领域，具体涉及在实验室中模拟海岸带非规则水力因子的装置。
背景技术：
在水力学实验室中进行海岸带的水力模拟一般包括流场模拟、波浪模拟、潮汐模拟等方面，在现有技术中存在大量的相关模拟方法和装置。如用于波浪模拟的包括：CN201510382133.4用于波浪模拟的多轴控制系统及方法、CN201520366830.6一种实验用推板式波浪模拟水槽；用于流场模拟的包括：CN201520366828.9一种小型流场模拟水槽；用于潮汐模拟的包括：CN201210273081.3潮汐模拟测控系统及其测控方法、CN201120129825.5潮汐模拟造浪仪、CN200810226251.6海工模型潮汐模拟自动控制装置及控制方法、CN200810047283.X双向回流变频调速泵潮汐模拟系统、CN200810014811.1潮汐模拟自动化试验装置。
1、现有的水流模拟方法一般是在水槽中控制水位和流量通过天然水面比降获得流速。
2、现有的潮汐模拟一般考虑的潮汐条件相对简单，主要考虑月球和太阳的引潮力所引起的海平面周期性波动，即：M2和S2分潮。模拟研究中大多采用简单的正弦信号(如半日潮[Li,H.,M.C.Boufadel,and J.W.Weaver(2008),Tide-induced seawater-groundwater circulation in shallow beach aquifers,Journal of Hydrology,352(1-2),211-224,10.1016/j.jhydrol.2008.01.013；Robinson,C.,L.Li,and D.A.Barry(2007b),Effect of tidal forcing on a subterranean estuary,Advances in WaterResources,30(4),851-865,10.1016/j.advwatres.2006.07.006；Xin,P.,C.Robinson,L.Li,D.A.Barry,and R.Bakhtyar(2010),Effects of wave forcing on a subterraneanestuary,Water Resources Research,46,10.1029/2010wr009632.)，自然条件下潮汐的组成波非常复杂，目前没有适当的模拟方法。
3、现有的潮汐、波浪等模拟一般采用采用线性叠加的方法生成，但是Xin et al.[2010]的研究指出，潮汐波浪因子不能线性叠加，譬如潮汐和波浪信号在滨海含水层会相互影响，产生的海底地下水排泄总量远小于单一因子产生的环流量总和。随后，King[2012]通过研究巴西Patos泻湖海岸带的海底地下水排泄过程，再次强调了复合因子非线性作用的重要性并明确提出广泛采用的线性模型不能很好地量化海底地下水排泄总量，其海侧波浪条件与实际偏差较大。非规则内陆边界、复合潮汐和非规则波浪过程是影响含水层水动力过程及污染物运移的关键因素。目前，这三种水力因子在空间和时间尺度上的耦合机制还没有被很好地认识。
发明内容
发明目的：为了解决以上技术问题，本发明提供一种模拟海岸带波浪因子的单摆式造波机，该装置能有效地模拟海岸带非规则水力因子组合中的波浪部分。
技术方案：本发明提出一种模拟海岸带波浪因子的单摆式造波机，包括造波机电机、驱动杆、曲轴连杆、推波板、推波板轴和支架；所述驱动杆为“冂”形结构，包括一个水平杆，以及分别位于水平杆两端且与水平杆垂直的竖直杆，在水平杆和竖直杆的两端均设有一个皇冠齿轮，驱动杆“冂”形结构拐角处的一个皇冠齿轮与造波机电机连接，“冂”形结构开口处的皇冠齿轮分别与一个曲轴连杆连接；所述曲轴连杆与驱动杆的连接端设有一个皇冠齿轮；所述推波板为四边形结构，与水平杆对应的一边为内凹的椭圆弧开口，与椭圆弧边相对的边固定在推波板轴上，与椭圆弧边相邻的两边对应开有滑槽；所述曲轴连杆未与驱动杆连接的一端通过滑块嵌入推波板的滑槽内；所述单摆式造波机通过驱动杆固定在支架上。
进一步的，所述推波板宽度为16cm，长度为32.5cm，椭圆弧开口的短轴与水平面平行，长轴与水平面垂直，对应的椭圆方程为
Figure BDA0001214138430000021
椭圆形开口深度为半长轴，即16cm，开口宽度为短轴长，即16cm。
进一步的，所述曲轴连杆长度为8cm。
有益效果：本发明提供的造波机能够与潮汐高程相互耦合，获得波浪与潮汐的耦合模拟效果；采用椭圆开口形式突破了圆形和直线形式开口，在模拟水槽中进行推动，使模拟水槽中的水流获得不同程度的推动，获得了非规则波浪。
附图说明
图1是本发明的造浪机的主视图；
图2是本发明的造浪机的A-A剖面示意图；
图3是本发明的造浪机A-A剖面的的运动过程示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
如图1-3所示的模拟海岸带波浪因子的单摆式造波机，包括造波机电机1、驱动杆2、曲轴连杆3、推波板4、推波板轴5、潮汐高程连杆6和支架7；所述驱动杆2为“冂”形结构，包括一个水平杆，以及分别位于水平杆两端且与水平杆垂直的竖直杆，在水平杆和竖直杆的两端均设有一个皇冠齿轮，驱动杆2“冂”形结构拐角处的一个皇冠齿轮与造波机电机1连接，“冂”形结构开口处的皇冠齿轮分别与一个曲轴连杆3连接；所述曲轴连杆3与驱动杆2的连接端设有一个皇冠齿轮；所述推波板4为四边形结构，与水平杆对应的一边为内凹的椭圆弧开口，与椭圆弧边相对的边固定在推波板轴5上，与椭圆弧边相邻的两边对应开有滑槽；所述曲轴连杆3未与驱动杆2连接的一端通过滑块8嵌入推波板4的滑槽内；所述单摆式造波机通过驱动杆2固定在支架上，所述支架7的下部连接潮汐高程连杆6，并通过潮汐高程连杆6与高程控制机构相连。
具体的，所述推波板宽度为16cm，长度为32.5cm，椭圆弧开口的短轴与水平面平行，长轴与水平面垂直，对应的椭圆方程为
Figure BDA0001214138430000031
椭圆形开口深度为半长轴，即16cm，开口宽度为短轴长，即16cm。所述曲轴连杆长度为8cm。
工作原理：控制系统根据输入的波浪周期计算造波机电机的工作频率，造波电机周期运动，将动力传递给驱动杆的水平杆，水平杆上的两个皇冠齿轮与水平杆共同运动带动竖直杆，竖直杆带动曲轴连杆的皇冠齿轮，驱动曲轴连杆做圆周运动，曲轴连杆连接的滑块在推波板上做直线往复运动，并推动推波板做摆动。
经发明人反复试验，上述组合的曲轴连杆与推波板轴形成的周期性推动，与半椭圆型开口推波板的组合使波浪获得了非周期性推动力，所形成的波浪形式与海岸带风及边界等多因子影响产生的波浪是相似的。

Claims (3)

1.一种模拟海岸带波浪因子的单摆式造波机，其特征在于，包括造波机电机、驱动杆、曲轴连杆、推波板、推波板轴和支架；所述驱动杆为“冂”形结构，包括一个水平杆，以及分别位于水平杆两端且与水平杆垂直的竖直杆，在水平杆和竖直杆的两端均设有一个皇冠齿轮，驱动杆“冂”形结构拐角处的一个皇冠齿轮与造波机电机连接，“冂”形结构开口处的皇冠齿轮分别与一个曲轴连杆连接；所述曲轴连杆与驱动杆的连接端设有一个皇冠齿轮；所述推波板为四边形结构，与水平杆对应的一边为内凹的椭圆弧开口，与椭圆弧边相对的边固定在推波板轴上，与椭圆弧边相邻的两边对应开有滑槽；所述曲轴连杆未与驱动杆连接的一端通过滑块嵌入推波板的滑槽内；所述单摆式造波机通过驱动杆固定在支架上。
2.根据权利要求1所述的模拟海岸带波浪因子的单摆式造波机，其特征在于，所述推波板宽度为16cm，长度为32.5cm，椭圆弧开口的短轴与水平面平行，长轴与水平面垂直，对应的椭圆方程为
Figure FDA0001214138420000011
椭圆形开口深度为半长轴，即16cm，开口宽度为短轴长，即16cm。
3.根据权利要求1所述的模拟海岸带波浪因子的单摆式造波机，其特征在于，所述曲轴连杆长度为8cm。
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