CN107326857B - 可变角度的多个连续爬坡式消波板的消波模型及实验系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及海洋工程实验技术领域，更具体地，涉及一种可变角度的多个连续爬坡式消波板的消波模型及实验系统，所述消波模型包括定型板及若干个消波板；所述定型板为两个，每个消波板的两端分别固定在两个定型板上，所有消波板相对竖直平面的倾斜角可调。本发明一种可变角度的多个连续爬坡式消波板的消波模型，通过将消波板相对竖直平面的倾斜角设置成可调，使得使用该消波模型做实验时便于调整消波板的倾斜角，以便于研究消波板的倾斜角度对消波效果的影响；同时，该消波模型通过连续的消波板，在局部区域形成持续的爬升效果，进而有效地促成和控制波浪的破碎效果，为制作消波效果更佳的防波堤提供基础。

Description

可变角度的多个连续爬坡式消波板的消波模型及实验系统

技术领域

本发明涉及海洋工程实验技术领域，更具体地，涉及一种可变角度的多个连续爬坡式消波板的消波模型及实验系统。

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，在深水养殖、海岸保护和海洋旅游等多个领域，通常使用防波堤阻断波浪冲击力，以维持水面平静，保护港池免受坏天气影响。而为了研究防波提的消波效果通常会使用消波模型做实验，而现有的消波模型相对竖直平面的倾斜角是固定的，不便于研究消波模型的倾斜角度对消波效果的影响，不能为制作消波效果更佳的防波堤提供基础。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，发明一种可变角度的多个连续爬坡式消波板的消波模型，使用该消波模型做实验时，便于研究人员研究消波板的倾斜角度对消波效果的影响；以及通过连续的消波板，在局部区域形成持续的爬升效果，以便于为研究消波效果更佳的防波堤提供基础。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

提供一种可变角度的多个连续爬坡式消波板的消波模型，包括定型板及若干个消波板；所述定型板为两个，每个消波板的两端分别固定在两个定型板上，所有消波板相对竖直平面的倾斜角可调。

上述方案中通过将消波板相对竖直平面的倾斜角设置成可调，使得使用该消波模型做实验时便于调整消波板的倾斜角，以便于研究消波板的倾斜角度对消波效果的影响；同时，该消波模型通过连续的消波板，在局部区域形成持续的爬升效果，进而有效地促成和控制波浪的破碎效果，为制作消波效果更佳的防波堤提供基础。

优选地，所述消波模型还包括螺丝，定型板上设有若干螺丝孔，消波板通过螺丝固定于螺丝孔内。这样设置在保证消波板与定型板牢固连接的同时，便于随时更改消波板的倾斜角度，以用于实验研究。

优选地，所述定型板及消波板均通过3D打印机使用PLA材料打印制作。3D打印方便快捷，便于该消波模型的制作。进一步优选地，所述定型板及消波板内均穿设有铁杆；铁杆的设置便于加强定型板及消波板的强度，保证倾斜角度对消波效果影响的实验的顺利进行。

优选地，消波板相对竖直平面的倾斜角为30°、45°、60°或75°。经过实验证明，60°的倾斜角时，消波模型的消波效果最佳。

优选地，两个定型板平行设置。这样设置能保证消波模型的消波宽度的一致性，保证在进行倾斜角对消波效果影响的实验时，排除其他因素对实验结果的影响。

本发明的另一个目的在于提供一种测试消波模型效果的实验系统，使用上述消波模型，所述实验系统包括水槽及置于水槽内的造波机、检测装置和所述消波模型；消波模型的消波宽度与水槽的宽度一致；造波机设于水槽的一端并用于在水槽内形成波浪，且波浪的行进方向与水槽的宽度方向垂直；消波板上端与造波机之间的距离大于消波板下端与造波机之间的距离；检测装置设于消波模型的两侧，用于检测消波模型的消波效果。

水槽内盛有水，使消波模型上端刚好浸没于水面。

上述方案中，造波机制造波浪后，波浪正面入射消波模型，由于消波模型的消波宽度与水槽的宽度一致，使得消波模型能完全阻挡入射波，通过设置于消波模型两侧的检测装置，即可获取入射波与经过消波模型的透射波的参数，通过参数的比较分析即可得到消波模型倾斜角对消波效果的影响。

优选地，所述检测装置包括设于消波模型两侧的多根测针，用于测量波浪幅度。通过比较分析入射波与透射波的波浪幅度，即可得到消波模型倾斜角对消波效果的影响。

优选地，所述测针为四根，其中第一测针设于造波机与消波模型之间，第二测针、第三测针及第四测针均设于消波模型的另一侧。第一测针与消波模型靠近造波机一端的距离为1m，消波模型的长度为0.35m，第二测针与消波模型远离造波机一端的距离为0.5m，第二测针、第三测针及第四测针分别间隔0.5m设置。第二测针、第三测针及第四测针的设置便于保证透射波的波浪幅度测量结果的准确性。

优选地，还包括两个斜坡形多孔消波结构，分别设于水槽长度方向的两端。水槽的长度方向为波浪的行进方向，这样设置防止波浪与水槽长度方向两端的内壁接触后被反射回与检测装置接触，影响检测结果，从而不能真实反应消波效果。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明一种可变角度的多个连续爬坡式消波板的消波模型，通过将消波板相对竖直平面的倾斜角设置成可调，使得使用该消波模型做实验时便于调整消波板的倾斜角，以便于研究消波板的倾斜角度对消波效果的影响；同时，该消波模型通过连续的消波板，在局部区域形成持续的爬升效果，进而有效地促成和控制波浪的破碎效果，为制作消波效果更佳的防波堤提供基础；通过设置螺丝，并在定型板上设有若干螺丝孔，使消波板通过螺丝固定于螺丝孔内，这样设置在保证消波板与定型板牢固连接的同时，便于随时更改消波板的倾斜角度，以用于实验研究；本发明一种测试消波模型效果的实验系统，造波机制造波浪后，波浪正面入射消波模型，由于消波模型的消波宽度与水槽的宽度一致，使得消波模型能完全阻挡入射波，通过设置于消波模型两侧的检测装置，即可获取入射波与经过消波模型的透射波的参数，通过参数的比较分析即可得到消波模型倾斜角对消波效果的影响。

附图说明

图1为本实施例一种可变角度的多个连续爬坡式消波板的消波模型的结构示意图。

图2为本实施例一种测试消波模型效果的实验系统的示意图。

图3为使用图2所示实验系统获取的入射波与透射波的波高随时间的变化图，其中消波板2相对竖直平面的倾斜角为60°。

图4为波浪沿消波板构成的斜坡爬升破碎的示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

实施例

本实施例一种可变角度的消波模型的示意图如图1所示，包括定型板1及若干个消波板2；所述定型板1为两个，每个消波板2的两端分别固定在两个定型板1上，所有消波板2相对竖直平面的倾斜角可调。

定义定型板1的底部所在平面为水平面，竖直平面为与该水平面垂直的平面。

本发明一种可变角度的消波模型，通过将消波板2相对竖直平面的倾斜角设置成可调，使得使用该消波模型做实验时便于调整消波板2的倾斜角，以便于研究消波板2的倾斜角度对消波效果的影响，为制作消波效果更佳的防波堤提供基础。

其中，所述消波模型还包括螺丝，定型板1上设有若干螺丝孔11，消波板2通过螺丝固定于螺丝孔11内。这样设置在保证消波板2与定型板1牢固连接的同时，便于随时更改消波板2的倾斜角度，以用于实验研究。将螺丝穿设于螺丝孔11及消波板2内即可将消波板2固定在定型板1上，拔出螺丝，消波板2与定型板1脱离，再使用螺丝将消波板2固定在其他的螺丝孔11内，即可改变消波板2的倾斜角度。

另外，所述定型板1及消波板2均通过3D打印机使用PLA材料打印制作。3D打印方便快捷，便于该消波模型的制作。本实施例中，所述定型板1及消波板2内均穿设有铁杆。铁杆的设置便于加强定型板1及消波板2的强度，保证倾斜角度对消波效果影响的实验的顺利进行。

其中，消波板2相对竖直平面的倾斜角为30°、45°、60°或75°。经过倾斜角对消波效果的实验证明，60°的倾斜角时，消波模型的消波效果最佳。

另外，两个定型板1平行设置。这样设置能保证消波模型的消波宽度的一致性，保证在进行倾斜角对消波效果影响的实验时，排除其他因素对实验结果的影响。

本实施例还提供了一种测试消波模型效果的实验系统，使用上述消波模型，其示意图如2所示，所述实验系统包括水槽4及置于水槽4内的造波机3、检测装置和所述消波模型；消波模型的消波宽度与水槽4的宽度一致；造波机3设于水槽4的一端并用于在水槽4内形成波浪，且波浪的行进方向与水槽4的宽度方向垂直；消波板2上端与造波机3之间的距离大于消波板2下端与造波机3之间的距离；检测装置设于消波模型的两侧，用于检测消波模型的消波效果。

实验前在水槽4内盛有水，使消波模型上端刚好浸没于水面。

造波机3制造波浪后，波浪正面入射消波模型，由于消波模型的消波宽度与水槽4的宽度一致，使得消波模型能完全阻挡入射波，通过设置于消波模型两侧的检测装置，即可获取入射波与经过消波模型的透射波的参数，通过参数的比较分析即可得到消波模型倾斜角对消波效果的影响。

其中，所述检测装置包括设于消波模型两侧的多根测针，用于测量波浪幅度。通过比较分析入射波与透射波的波浪幅度，即可得到消波模型倾斜角对消波效果的影响。

另外，所述测针为四根，其中第一测针5设于造波机3与消波模型之间，第二测针6、第三测针7及第四测针8均设于消波模型的另一侧。第一测针5与消波模型靠近造波机3一端的距离为1m，消波模型的长度为0.35m，第二测针6与消波模型远离造波机3一端的距离为0.5m，第二测针6、第三测针7及第四测针8分别间隔0.5m设置。第二测针6、第三测针7及第四测针8的设置便于保证透射波的波浪幅度测量结果的准确性。实验结果可以取第二测针6、第三测针7及第四测针8的平均值。

图3所示为使用该实验系统获取的入射波与透射波的波高随时间的变化图，该图是在消波板2相对竖直平面的倾斜角为60°时获取的。从图中可以看出，透射波的波高约为入射波波高的0.5倍，但透射波波形不是如入射波一样平滑的正弦波，透射波的波峰比波谷尖锐，产生了次峰，周期和传播速度与入射波相同，该消波模型能使入射波发生破碎，获得更佳的消波效果。

根据图4分析可得，其具体消波原理为：波浪沿斜面爬升时，爬高程度主要受波浪反射和波浪破碎的共同影响，当坡度变缓波坦较小时，波浪在斜面上完全破碎，破碎的剧烈程度随波坦的增大而迅速变小，而且坡度越缓波浪破碎的极限波陡越小，也就是极限波坦越大爬高变缓的拐点位置也就越大。当波坦增大到某个值以后，反射波能逐渐增大，所以转化为波浪爬高的能量缓慢增加，故爬高呈缓慢增大趋势。然而，坡度变缓将使得波浪发生破碎所需要的传播距离增加，增加工程实现的难度。而该消波模型通过连续的消波板，在局部区域形成持续的爬升效果，进而有效地促成和控制波浪的破碎效果，能获得更佳的消波效果。

其中，还包括两个斜坡形多孔消波结构9，分别设于水槽4长度方向的两端。水槽4的长度方向为波浪的行进方向，这样设置防止波浪与水槽4长度方向两端的内壁接触后被反射回与检测装置接触，影响检测结果，从而不能真实反应消波效果。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种测试消波模型效果的实验系统，使用消波模型，其特征在于，所述实验系统包括水槽(4)及置于水槽(4)内的造波机(3)、检测装置和所述消波模型；消波模型的消波宽度与水槽(4)的宽度一致；造波机(3)设于水槽(4)的一端并用于在水槽(4)内形成波浪，且波浪的行进方向与水槽(4)的宽度方向垂直；消波板(2)上端与造波机(3)之间的距离大于消波板(2)下端与造波机(3)之间的距离；检测装置设于消波模型的两侧，用于检测消波模型的消波效果；所述消波模型，包括定型板(1)及若干个消波板(2)；所述定型板(1)为两个，每个消波板(2)的两端分别固定在两个定型板(1)上，所有消波板(2)相对竖直平面的倾斜角可调；消波模型还包括螺丝，定型板(1)上设有若干螺丝孔(11)，消波板(2)通过螺丝固定于螺丝孔(11)内；水槽内盛有水，所述消波模型上端刚好浸没于水面，消波模型通过连续的消波板，在局部区域形成持续的爬坡效果；所述定型板平行设置于消波板的两侧。

2.根据权利要求1所述的一种测试消波模型效果的实验系统，其特征在于，所述检测装置包括设于消波模型两侧的多根测针，用于测量波浪幅度。

3.根据权利要求2所述的一种测试消波模型效果的实验系统，其特征在于，所述测针为四根，其中第一测针(5)设于造波机(3)与消波模型之间，第二测针(6)、第三测针(7)及第四测针(8)均设于消波模型的另一侧。

4.根据权利要求1所述的一种测试消波模型效果的实验系统，其特征在于，还包括两个斜坡形多孔消波结构(9)，分别设于水槽(4)长度方向的两端。

5.根据权利要求1所述的一种测试消波模型效果的实验系统，其特征在于，所述定型板(1)及消波板(2)均通过3D打印机使用PLA材料打印制作。

6.根据权利要求5所述的一种测试消波模型效果的实验系统，其特征在于，所述定型板(1)及消波板(2)内均穿设有铁杆。

7.根据权利要求1所述的一种测试消波模型效果的实验系统，其特征在于，消波板(2)相对竖直平面的倾斜角为30°、45°、60°或75°。

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