CN112309218A - 一种模拟内波自然生成的水槽装置及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种模拟内波自然生成的水槽装置及其方法，包括水槽、机械传动系统、推板、挡板和消波板。水槽为透明玻璃制成，使用胶条将四块玻璃密封，密封处使用金属框架固定，使其成为水槽整体。机械传动系统由伺服电机和推板组成，伺服电机可带动推板前后运动。挡板安装在水槽底部，为高度可调节的柔性垂直橡胶板。本发明结构简单，操作方便，可以通过推板前后运动模拟自然界内波生成的动力，生成接近自然界环境下的内波。

Description

一种模拟内波自然生成的水槽装置及其方法
技术领域
本发明涉及海洋工程地质与水动力学实验研究领域，具体而言，特别涉及一种模拟内波自然生成的水槽装置及其方法。
背景技术
内波发生在海洋内部密度不均匀水层间，几乎贯穿海洋全深度，广泛分布在全球海洋中，如大西洋两岸、太平洋西岸、印度洋沿岸和中国南海。内波能够诱发极强的垂向流动，造成沉积物与污染物的运移，对海洋环境产生重要的影响。
分层流实验水槽是研究内波特性的主要设备，目前有许多产生内波的方法，主要包括拍板法、推板法和重力塌陷法等，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波，然而这种瞬态扰动是人为的，力度不易控制，因此，难以稳定的控制扰动的力度大小和持续时间，很难产生波形参数可控的内波，也很难产生自然界真正的内波，不方便实验研究内波的真实发生过程。为此，我们提出了一种模拟内波自然生成的水槽装置。
发明内容
为了弥补现有技术的不足，本发明提供了一种模拟内波自然生成的水槽装置及其方法。
本发明是通过如下技术方案实现的：一种模拟内波自然生成的水槽装置，包括水槽，其中，水槽内部包含两层的液体，下层液体密度大于上层液体密度，下层液体与上层液体之间为分层液体界面，水槽的内部左端上方安装有伺服电机，伺服电机的输出轴通过连接杆连接推板，水槽的底部垂直安装有挡板，挡板上缘的高度与分层液体界面一致，水槽的内部右端底部安装有消波板。
作为优选方案，水槽的四壁为透明玻璃，透明玻璃通过胶条将四块透明玻璃密封，并且密封处使用金属框架固定。
作为优选方案，推板为倾斜的柔性橡胶板，其宽度与水槽宽度一致。
作为优选方案，消波板为多孔柔性板。
作为优选方案，挡板为柔性的垂直橡胶板，挡板与水槽之间为非密封式连接。
一种模拟内波自然生成的水槽装置的工作方法，具体步骤如下：
S1、在水槽内注入下层液体，使其液面高度与挡板高度一致；
S2、注入上层液体至适当高度；
S3、在水槽左端继续注入上层液体，使挡板右侧分层液体界面更低；
S4、通过伺服电机控制推板前后运动一次；
S5、重复步骤S3-S4，生成更多的内波，直至满足实验要求。
本发明由于采用了以上技术方案，与现有技术相比使其具有以下有益效果：本发明结构简单，操作方便，可以通过推板前后运动模拟自然界内波生成的动力，生成接近自然界环境下的内波。通过控制推板的角度和运动速度，可生成各种类型的内波，满足各种需求。因此，本装置可以自由控制变量，有利于深入地探索该方面的科学问题。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本发明的侧视结构示意图；
图2为本发明的立体结构示意图；
图3为本发明实际造波效果示例图，
其中，图1至图2中附图标记与部件之间的对应关系为：
1水槽，2伺服电机，3连接杆,4推板，5挡板，6消波板，7透明玻璃，8金属框架。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
下面结合图1至图3对本发明的实施例的模拟内波自然生成的水槽装置进行具体说明。
如图1、图2所示，本发明提出了本发明是通过如下技术方案实现的：一种模拟内波自然生成的水槽装置，包括水槽1，其中，水槽1的四壁为透明玻璃7，方便观察水槽内液体运动。透明玻璃7通过胶条将四块透明玻璃7密封，并且密封处使用金属框架8固定，使其成为水槽整体。水槽1内部包含两层的液体，下层液体a密度大于上层液体b密度，下层液体a与上层液体b之间为分层液体界面c，水槽1的内部左端上方安装有伺服电机2，伺服电机2的输出轴通过连接杆3连接推板4，推板4为倾斜的柔性橡胶板，其宽度与水槽1宽度一致，可通过转速可变的伺服电机2控制推板4的移动速度，推板为倾斜的柔性橡胶板，推板倾斜角度可调，可控制上层液体的运动方向。水槽1的底部垂直安装有挡板5，挡板5上缘的高度与分层液体界面一致，挡板5上端与分层液体界面高度一致，模拟水槽1内部的障碍物，阻挡水流自由流过，柔性挡板可缓冲高速水流作用过程，保证内波在此界面产生。挡板5为柔性的垂直橡胶板，挡板5与水槽1之间为非密封式连接，柔性板有利于扰动过程更加自然。伺服电机2可带动推板4前后运动，推板4对分层液体造成扰动，使上层液体流过挡板5，模拟自然界内波发生过程，促进内波的产生。水槽1的内部右端底部安装有消波板6，消波板6为多孔柔性板，多孔柔性板可吸收部分波能并耗散部分波能，有利于内波在此位置消失尽快恢复水槽液体平静。
一种模拟内波自然生成的水槽装置的工作方法，具体步骤如下：
S1、在水槽1内注入下层液体，使其液面高度与挡板5高度一致；
S2、注入上层液体至适当高度；
S3、在水槽1左端继续注入上层液体，使挡板5右侧分层液体界面更低；
S4、通过伺服电机2控制推板4前后运动一次；
S5、重复步骤S3-S4，生成更多的内波，直至满足实验要求。
在本发明的描述中，术语“多个”则指两个或两个以上，除非另有明确的限定，术语“上”、“下”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，因此不能理解为对本发明的限制；术语“连接”、“安装”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。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在本发明中的具体含义。
在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种模拟内波自然生成的水槽装置，包括水槽（1），其特征在于,所述水槽（1）内部包含两层的液体，下层液体密度大于上层液体密度，下层液体与上层液体之间为分层液体界面，水槽（1）的内部左端上方安装有伺服电机（2），伺服电机（2）的输出轴通过连接杆（3）连接推板（4），水槽（1）的底部垂直安装有挡板（5），挡板（5）上缘的高度与分层液体界面一致，水槽（1）的内部右端底部安装有消波板（6）。
2.根据权利要求1所述的一种模拟内波自然生成的水槽装置,其特征在于,所述水槽（1）的四壁为透明玻璃（7），透明玻璃通过胶条将四块透明玻璃密封，并且密封处使用金属框架（8）固定。
3.根据权利要求1所述的一种模拟内波自然生成的水槽装置,其特征在于,所述推板（4）为倾斜的柔性橡胶板，其宽度与水槽（1）宽度一致。
4.根据权利要求1所述的一种模拟内波自然生成的水槽装置,其特征在于,所述消波板（6）为多孔柔性板。
5.根据权利要求1所述的一种模拟内波自然生成的水槽装置,其特征在于,所述挡板（5）为柔性的垂直橡胶板，挡板（5）与水槽（1）之间为非密封式连接。
6.如权利要求1-5所述的一种模拟内波自然生成的水槽装置的工作方法，其特征在于,具体步骤如下：
S1、在水槽（1）内注入下层液体，使其液面高度与挡板（4）高度一致；
S2、注入上层液体至适当高度；
S3、在水槽（1）左端继续注入上层液体，使挡板（5）右侧分层液体界面更低；
S4、通过伺服电机（2）控制推板（4）前后运动一次；
S5、重复步骤S3-S4，生成更多的内波，直至满足实验要求。
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