CN110864871A

CN110864871A - 一种环形水槽水波叠加器

Info

Publication number: CN110864871A
Application number: CN201910895323.4A
Authority: CN
Inventors: 李宗民; 李金海
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2019-09-20
Filing date: 2019-09-20
Publication date: 2020-03-06

Abstract

本专利提出一种环形水槽水波叠加器件，是由水波注入水槽1、水波叠加区域2和环形水槽3组成。从水波注入水槽1注入的水波在水波叠加区域2与先前注入环形水槽3的水波叠加，叠加后的水波继续在环形水槽3运动，叠加后的水波振幅可以为零，也可以是其它周期性变化的振幅。水波叠加器件的作用一是可以抵消从水波注入水槽1传播过来的水波，使得没有反射水波进入水波注入水槽1，二是可以在环形水槽3内累积水波能量。

Description

一种环形水槽水波叠加器

技术领域

本专利所涉及的领域是水波。

背景技术

水波是一种基本和常规的波动，是人们研究和应用波动的主要对象之一。水波的主要和重要的研究装置是水槽或水池，其性能的好坏直接影响其应用范围和研究成果的可靠性及数据精度的高低。由于实验场地的限制，建造的水槽或水池一般不会很大，水波在其内运动到另一端时会产生反射波，从而影响到人们对水波的研究与应用。

为了消除这些不利影响，人们提出了消波器。按照安放位置划分，可以分为端部消波和侧向消波装置；按照几何形状划分，可以分为倾斜式、直立式、曲面斜坡式等；按照内部结构和材料划分，有碎石、金属卷屑、海绵、合成纤维材料、混凝土、网、特殊形状的板材或条栅、异型角块等；按照运动方式划分，可以分为静止式，被动漂浮式和主动抑制式。然而上述的消波器要么消波效果不好，要么结构或控制复杂。

发明内容

针对上述难题，本专利提出一种环形的水波叠加器件。水波叠加器件由水波注入水槽1、水波叠加区域2和环形水槽3组成。水波一般沿弧形水槽的切线方向注入环形水槽，也可以与环形水槽的直形水槽成小角度注入。注入的水波在水波叠加区域2与之前注入的水波运动一周后叠加，叠加后的水波可以相互抵消为零，从而实现消波功能；也可以共振放大，可用于其他应用。

作为消波器应用时，环形水槽的周长为水波半波长的奇数倍，或者为1/3波长再加波长的整数倍，或者为2/3波长再加波长的整数倍。如果水槽的周长为水波半波长的奇数倍，一开始注入的水波运动一周后，与之后从水波注入水槽1运动到水波叠加区域2的水波的相位相差180度，从而使得两个水波叠加相消。相消的水波在环形水槽内运动一周后，使得整个环形水槽3内没有水波后，水波再次开始注入环形水槽3，这样就在环形水槽3交替填充水波和抵消水波。如果环形水槽的周长为1/3波长加波长的整数倍，水波运动一周后，与从水波注入水槽1注入的水波叠加后的水波的相位比环形水槽3的水波相位落后60度，叠加后的水波于叠加前的水波振幅相同，其运动一周后，相位再次延迟120度，因此，水波在水槽内运动两周后的相位延迟为180度，与从水波注入水槽1运动到水波叠加区域2的水波正好相消。如果环形水槽的周长为2/3波长加波长的整数倍，水波运动一周后，与从水波注入水槽1注入的水波叠加后的水波的相位比环形水槽3的水波相位提前60度，叠加后的水波于叠加前的水波振幅相同，其运动一周后，相位再次延迟240度，则水波在水槽内运动两周后的相位延迟为180度，与从水波注入水槽1运动到水波叠加区域2的水波正好相消。

如果环形水槽的周长为波长的整数倍，则水波每运动一周，就与同相位的水波叠加一次，从而形成共振叠加，如果不考虑损耗等问题，水波振幅可以一直增加，实现水波增量在环形水槽3内的累积。在小振幅的情况下，水波叠加区域2的水波向注入水槽1反射的水波可以忽略，但当环形水槽3内的共振叠加振幅很高时，这种反射水波会较大，从而限制了环形水槽3内共振振幅的增加。

如果环形水槽的周长为其它情况，环形水槽3内的水波振幅一般会周期性的增加和减小，但一般不能减为零。

进一步,为了避免水波转弯过程中，水波在两个水槽壁之间产生复杂的反射与叠加，使得水波的形状破坏，需要满足水波的波长远大于水槽的宽度，其比值一般要大于10。

进一步, 水槽的宽度相对于环形水槽3的半径应该足够小，半径与宽度的比值大于10，否则水波在环形水槽内转弯运动时，会在水槽壁之间产生复杂的反射与叠加，破坏了水波的形状。

本发明的创新点是，相比于其它种类的消波器，具有消波效率高，机械结构和控制简单，占用空间小等优点。

附图说明：

图1为圆环水波叠加器。

图2为跑道形水波叠加器。

图3为多个水波叠加器组合使用。

具体实施方案

下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。

实施例1

图1所示的圆环形水波叠加器由水波注入水槽1、水波叠加区域2和环形水槽3组成。水波注入水槽1沿环形水槽3的切线方向。水槽的宽度相对于环形水槽3的半径应该足够小，一般而言，半径与宽度的比值大于10，否则水波在环形水槽内转弯运动时，会在水槽壁之间产生复杂的反射与叠加，破坏了水波的形状。

实施例2

图2所示的跑道形水波叠加器由水波注入水槽1、水波叠加区域2、弧形水槽4和直形水槽5组成。既水波叠加器的环形水槽可以有直形水槽5，也可以没有直形水槽5，但必须有弧形水槽4。弧形段的转弯半径相比于水槽宽度要足够大。水波叠加区域2可设置于直形水槽5的区域，以便更有利于水波的叠加。

采用两个直形水槽5，可以同时增减直形水槽5的长度，以便调整环形水槽的周长，满足不同波长的消波或能量累积条件。

实施例3

图3 所示的是多个水波叠加器组合的使用情况。当水波注入水槽宽度很大时，为了满足弧形水槽转弯半径与水槽宽度的关系，水波叠加器就会很大。采用多个水波叠加器并联组合使用，就可以减小水波叠加器的尺寸。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims

1.环形水槽水波叠加器主要由水波注入水槽1、水波叠加区域2和环形水槽3组成的；水波叠加区域2位于环形水槽3上，并连接水波注入水槽1；多个水波叠加器件可并联组合成一个水波叠加器，以便减小水波叠加器的尺寸；水波叠加器件可用作消波器或水波能量累积。

2.根据权利要求1的环形水槽水波叠加器，其特征在于，环形水槽3可以是圆环形状的弧形水槽，也可以是椭圆形状的弧形水槽，可以是只有弧形水槽组成的圆环，也可以由一个或多个弧形水槽和一个或多个直形水槽组成；直形水槽的长度可调，以便满足不同波长的消波或能量累积条件。

3.根据权利要求1的环形水槽水波叠加器，其特征在于，水波叠加区域2可以位于弧形水槽区域，水波注入水槽1沿弧形水槽的切线方向；也可以位于直形水槽区域，直形水槽与水波注入水槽1的夹角较小。

4.根据权利要求2的环形水槽3，其特征在于，在水波叠加器件中传输和叠加的水波波长与水槽宽度的比值大于10；弧形水槽的转弯半径与水槽宽度的比值大于10。

5.根据权利要求1的环形水槽水波叠加器，其特征在于，在持续的由水波注入水槽1注入水波时，环形水槽3内的水波振幅可以周期性的存在和消失，可以周期性的增大和减小，也可以一直增大到最大值；这个周期叫环行周期，即水波沿环形水槽3运动一周的时间。

6.根据权利要求5的环形水槽水波叠加器，其特征在于，环形水槽3的周长为水波半波长的奇数倍，一个有水波的的环行周期与一个无水波的环行周期间隔出现。

7.根据权利要求5的环形水槽水波叠加器，其特征在于，环形水槽3的周长为1/3波长或2/3波长加波长的整数倍，环形水槽3内的每两个有水波的环行周期与一个无水波的环行周期间隔出现。

8.根据权利要求5的环形水槽水波叠加器，其特征在于，环形水槽3的周长为水波波长的整数倍，环形水槽3内的水波振幅一直增加到最大并维持不变。

9.根据权利要求5的环形水槽水波叠加器，其特征在于，环形水槽3的周长为其它情况，环形水槽3内的水波振幅在每个相邻环行周期都会发生变化，会周期性地增大或减小，变化周期大于3个环行周期。