CN107014585B - 一种二维化消波实验系统 - Google Patents

Abstract

本专利涉及一种二维化消波实验系统，包括造波机、水槽、消波组件及检测装置，所述水槽的一侧设有造波机，用于在水槽内形成波浪，所述消波组件的消波宽度与水槽的宽度一致，所述检测装置设于水槽内且位于消波组件的两侧；在实验中保证所述造波机形成的波浪的行进方向与消波组件中的柱体长度方向互相垂直。本专利系统用于消波实验，测试消波组件消减波浪的效果，并能够使三维消波实验可简化为二维模式，且保留波浪与模型相互作用的特征，突出现象和本质，大大简化模拟计算。

Description

一种二维化消波实验系统

技术领域

本专利涉及海洋工程实验领域，具体涉及一种二维化消波实验系统。

背景技术

根据波浪理论的研究和实验表明，波浪的能量集中在水体表层，水面以下的三倍波高的水深范围集中了全部波能的98%。因此，相比于传统的防波堤，漂浮式防波堤由于其价格低、布设灵活越来越多地应用于深水养殖、海岸保护和海洋旅游等多个领域。漂浮式防波堤结构形式的设计主要是依据某种消波机理，诸如反射、波破碎、摩擦、涡旋、共振等，根据这些机理，漂浮式防波堤利用其迎波断面，使波高反射，与入射波产生相应的相位差以及摩擦等复合作用使堤后波高减小，或者浮式防波堤利用其沿波浪传播方向的结构的长度，使入射波在浮堤上沿程破碎摩擦，消耗部分波能，使得透射波消减来达到减小堤后波高。漂浮式防波堤多采用多孔浮式结构，这种结构也是各国学者关注的热点，随着近年来计算机的更新换代，数值研究成为波浪与浮式多孔结构相互作用研究的常用手段，然而，现有的试验基本上都是在二维的波浪场中对各式各样浮式多孔结构进行空间立体的三维试验，缺乏系统的,简明扼要的能抓住问题本质的基准对比工况是亟待解决的技术问题。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，本专利提供一种二维化消波实验系统，能使三维消波实验简化为二维模式，且保留波浪与模型相互作用的特征，突出波浪与结构相互作用的现象和本质，大大简化模拟计算。

针对上述技术问题，本专利是这样加以解决的：一种二维化消波实验系统，包括造波机、水槽、消波组件及检测装置，所述水槽的一侧设有造波机，用于在水槽内形成波浪，所述消波组件的消波宽度与水槽的宽度一致，所述检测装置设于水槽内且位于消波组件的两侧。

由于消波组件的消波宽度与水槽的宽度一致，在实验过程中，造波机形成的波浪只能在消波组件上通过，每一个与波浪行进方向平行的竖直剖面上的波浪运动及波浪与模型相互作用特征可视为一致，相比于现有技术中的三维试验，本专利能够将三维消波实验简化为二维模式，且保留波浪与模型相互作用的特征，大大简化了模拟计算过程，便于形成系统、清晰及简明的消波实验方法；柱体的尺寸和排布方式也可根据实验中对孔隙率要求和消波效果设计。

进一步地，所述消波组件由多根平行的柱体构成，在实验中所述造波机形成的波浪的行进方向与消波组件中的柱体长度方向互相垂直。

所述柱体为单一的长条状结构，柱体的尺寸和排布方式可根据实验中对孔隙率要求和消波效果设计。

进一步地，所述柱体为圆柱、三棱柱、四棱柱、方柱或椭圆柱。

进一步地，所述消波组件的柱体呈并排设置，且每排均具有多根平行的柱体。

进一步地，相邻两排柱体之间交错设置。

这样设置能够使多个柱体之间形成互相遮挡的良好消波效果。

进一步地，所述消波组件包括两个相对贴合在水槽上的定型板，所有柱体安装在两个定型板之间。

进一步地，两个定型板平行设置。

两个平行的定型板使得多根柱体长度相同，使得多根柱体在自身长度方向这一维度上保持一致。

进一步地，所述检测装置包括多根用于测量波幅的测针，多根测针布置于消波组件的两侧。

进一步地，所述测针有四根，其中一根设在造波机和消波组件之间，另外三根设在消波组件的另一侧。

相比于现有技术，本专利的有益效果为：

（1）能够使三维消波实验简化为二维模式，且保留波浪与模型相互作用的特征，突出波浪与多孔结构相互作用的现象和本质。

（2）可用于建立简明扼要的、能抓住问题本质的波浪与多孔结构相互作用基准对比工况。

（3）利用该系统得到的试验结果可用于验证同工况二维模拟计算结果，大大简化模拟计算。

（4）通过两个相对应平行的定型板确保了多根柱体在自身平行方向这一维度上保持一致，这是三维消波实验简化为二维模式的前提。

（5）相邻两排柱体之间交错设置能够形成互相遮挡的良好消波效果。

附图说明

图1是本专利的截面示意图；

图2是本专利消波组件的立体结构图；

图3是本专利消波组件的截面图；

图4（a）至图4（d）是多根柱体在大孔隙分布下的实验波形和计算结果对比图；

图5（a）至图5（d）是多根柱体在小孔隙分布下的实验波形和计算结果对比图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本专利进行详细说明。

如图1至3所示的一种二维化消波实验系统，包括造波机a、水槽b、消波组件2及检测装置，所述水槽b的一侧设有造波机a，里面设有消波宽度与水槽b宽度一致的消波组件2。

由于消波组件2的消波宽度与水槽b的宽度一致，在实验过程中，造波机a形成的波浪只能在消波组件2上通过，相比于现有技术中的三维试验，本专利能够将三维消波实验简化为二维模式，突出波浪与多孔结构相互作用的现象和本质，大大简化了模拟计算过程。

所述消波组件2中设有两个相对贴合在水槽b上的定型板及多排平行的柱体，且每排均具有多根平行的柱体，相邻两排柱体之间交错设置，所有柱体安装在两个定型板之间。

所述柱体的尺寸和排布方式可根据实验中对孔隙率要求和消波效果设计，且交错设置能够使多个柱体之间形成互相遮挡的良好消波效果。

具体实施过程中，所述柱体可为圆柱、三棱柱、四棱柱、方柱、椭圆柱或其他任意结构。

两个定型板平行设置，因为两个平行的定型板能使多根柱体长度相同，也就是说多根柱体在自身长度方向c这一维度上保持一致，有利于三维消波实验简化为二维模式。

所述检测装置包括四根用于测量波幅的测针，水槽b中距离造波机a的3m处设有第一测针1，再过1m放置有长度0.24m的模型柱体2，再过0.5m设有间隔0.5m分布的第二测针3、第三测针4及第四测针5。

分别设置两次试验，两次试验中模型柱体2的孔隙率相同，但孔隙大小不一致，试验过程中水槽中装有水，造波机a在水中制造波浪流向消波组件2，保证波浪的行进方向与消波组件2中的柱体长度方向c互相垂直。四根测针对孔隙较大的模型柱体的实验结果和计算结果如图4（a）至图4（d）所示，对孔隙较小的实验结果和计算结果如图5（a）至图5（d）所示，可以看出实线表示的二维模式计算得到的波高结果曲线与虚线表示的实测波高曲线吻合较好，也就说明采用本专利进行实验，减少了未知因素或其他无关变量的影响，能够使三维消波实验可简化为二维模式，且保留波浪与模型相互作用的特征，突出不同孔隙结构的消波组件的消波效果。另外，减少无关变量可以从这次的实验结果较准确地判断出孔隙较小的模型柱体2消波效果较好。

Claims (5)

1.一种二维化消波实验系统，其特征在于，包括造波机、水槽、消波组件及检测装置，所述水槽的一侧设有造波机，用于在水槽内形成波浪；所述消波组件由多根平行的柱体构成，所述柱体为圆柱、三棱柱、四棱柱、方柱或椭圆柱，呈并排设置，且每排均具有多根平行的柱体，相邻两排柱体之间交错设置，消波宽度与水槽的宽度一致，在实验中所述造波机形成的波浪的行进方向与消波组件中的柱体长度方向互相垂直，且只能在消波组件上通过，每一个与波浪行进方向平行的竖直剖面上的波浪运动及波浪与模型相互作用特征一致；所述检测装置设于水槽内且位于消波组件的两侧。

2.根据权利要求1所述的一种二维化消波实验系统，其特征在于，所述消波组件包括两个相对贴合在水槽上的定型板，所有柱体安装在两个定型板之间。

3.根据权利要求2所述的一种二维化消波实验系统，其特征在于，两个定型板平行设置。

4.根据权利要求1所述的一种二维化消波实验系统，其特征在于，所述检测装置包括多根用于测量波幅的测针，多根测针布置于消波组件的两侧。

5.根据权利要求4所述的一种二维化消波实验系统，其特征在于，所述测针有四根，其中一根设在造波机和消波组件之间，另外三根设在消波组件的另一侧。