CN112629818A

CN112629818A - 液压式升降机配合piv测控波速的海啸波实验装置

Info

Publication number: CN112629818A
Application number: CN202110014258.7A
Authority: CN
Inventors: 陈橙; 杜飞; 闫慧; 李梓萱; 肖鸿
Original assignee: Fuzhou University
Current assignee: Fuzhou University
Priority date: 2021-01-06
Filing date: 2021-01-06
Publication date: 2021-04-09

Abstract

本发明涉及港口、海岸工程的技术领域，具体涉及一种液压式升降机配合PIV测控波速的海啸波实验装置，包括蓄水池，所述蓄水池一侧设置有水槽，所述水槽的底部设置有水道，所述水道内沿海啸波传播方向依次设置有湿床面、自下向上倾斜的倾斜面、干床面，水道的内部端口设置有水槽入水闸门，所述湿床面的上侧布设有PIV波高计，所述蓄水池内设置有可移动式液压升降机，所述可移动式液压升降机上端设置有放水闸门朝向水槽的水箱。该海啸波实验装置可在变动条件有限的情况下进行多种海啸波的仿真模拟，从而可以在减少资源浪费和节约成本的同时模拟不同条件下的海啸波。

Description

液压式升降机配合PIV测控波速的海啸波实验装置

技术领域

本发明涉及港口、海岸工程的技术领域，具体涉及一种液压式升降机配合PIV测控波速的海啸波实验装置。

背景技术

海啸波是由于海底地震、火山喷发等海底剧烈的地壳变化造成大片水域剧烈抬升或下降引起的大海浪。海啸波在深海区域时很难被察觉，但是近岸后又由于波能聚集而具有强大的破坏力，若没有恰当的防护措施会对沿海地区造成巨大的破坏，严重威胁人民的生命财产。

海啸波对建筑物的破坏机制涉及到海啸波上岸后行进的特征以及它与建筑物相互作用。海啸波上岸后，先是水位迅速壅高而后坍塌破碎，形成夹杂有大量气体的高速移动水体。因为上岸后的海啸波会与近岸的建筑结构相互作用，导致对海啸波破坏机理的研究愈加困难，因此建造一个可以根据实验需求改变自身结构的装置及方法迫在眉睫。

发明内容

本发明的目的在于提供一种液压式升降机配合PIV测控波速的海啸波实验装置，该海啸波实验装置可在变动条件有限的情况下进行多种海啸波的仿真模拟，从而可以在减少资源浪费和节约成本的同时模拟不同条件下的海啸波。

本发明的技术方案在于：一种液压式升降机配合PIV测控波速的海啸波实验装置，包括蓄水池，所述蓄水池一侧设置有水槽，所述水槽的底部设置有水道，所述水道内沿海啸波传播方向依次设置有湿床面、自下向上倾斜的倾斜面、干床面，水道的内部端口设置有水槽入水闸门，所述湿床面的上侧布设有PIV波高计，所述蓄水池内设置有可移动式液压升降机，所述可移动式液压升降机上端设置有放水闸门朝向水槽的水箱。

进一步地，所述水槽具有位于蓄水池内的内部段和在蓄水池以外的外部段，水槽的侧面由透明材料制成。

进一步地，所述蓄水池的蓄水腔内壁设置有防漏涂层，蓄水池设置有向外凸出的延伸段，所述内部段设置于延伸段内。

进一步地，所述湿床面和倾斜面上均布置有模拟红树林的消波结构，湿床面上还间隔布设有压力传感器。

进一步地，所述干床面上布置有建筑结构，干床面的上方布置有多个高速摄像头，所述建筑结构上安装有朝向海啸波传播方向的压力传感器。

进一步地，所述水槽入水闸门包括设置于下部并由气动装置驱动实现侧向开启的百叶窗门，位于百叶窗叶的上侧设置有由液压装置驱动升降的滑移门。

进一步地，所述可移动式液压升降机包括底部设置有滚轮的升降机底座，所述升降机底座的的两侧设置有定位器，升降机底座上设置有由两个驱动电机驱动升降的剪叉臂，所述剪叉臂的上端设置有用于安放水箱的支撑板。

进一步地，所述水箱出口处设置有一个连通到水槽入水闸门的管道，所述水道与水槽可拆连接。

进一步地，所述蓄水池设置于地下水池的上方，所述水槽的另一端设置有排水闸门，位于排水闸门的外侧设置有排水口，所述排水口与地下水池相连通。

进一步地，所述排水口处铺设一层过滤器。

与现有技术相比较，本发明具有以下优点：

该液压式升降机配合PIV测控波速的海啸波实验装置，通过可移动式水箱或蓄水池放水冲击入水闸门后的水道来模拟制造多种海啸波的破坏机制；并通过水道的可拆卸底板来控制湿床面、倾斜面和干床面的范围和材质，以适应更多海底地形；还通过干床面上不同的海工建筑物来模拟不同的近岸条件。

该装置形成了多样化的海啸波作用结构，可以在装置变动条件有限的情况下进行多种海啸波的仿真模拟，并通过PIV波高计、压强传感器和高速摄像机等测控装置将海啸波的特性传至计算机，从而可以在减少能源消耗和成本的同时，对不同条件下的海啸波进行模拟并测控。解决了海啸波模拟水道的测控条件无法灵活变化、过于单一，难以根据海啸波的不同水位及所在海域的地形条件等影响因素进行相应变化的问题。

附图说明

图1为本发明的实验室俯视图；

图2为本发明的水槽内水道左视图；

图3为本发明的入水闸门前视图；

图4为本发明的可移动式水箱前视图；

图中：1-可移动式液压升降机；2-升降机底座；3-移动滚轮；4-剪叉臂；5-定位器；6-上支撑板；7-水箱；8-驱动电机；9-放水闸门；10-水槽；11-水槽入水闸门；12-海啸波；13-水道；14-湿床面；15-倾斜面；16-干床面；17-滑移门；18-百叶窗门；19-闸门液压装置；20-红树林结构；21-PIV波高计；22-建筑结构；23-压力传感器；24-高速摄像机；25-排水阀门；26-排水口；27-地下水池；28-过滤器；29-蓄水池；30-气动装置；31-延伸段。

具体实施方式

为让本发明的上述特征和优点能更浅显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下，但本发明并不限于此。

参考图1至图4

一种液压式升降机配合PIV测控波速的海啸波实验装置，包括蓄水池29，所述蓄水池一侧设置有水槽10，所述水槽的底部设置有水道13，所述水道内沿海啸波12传播方向依次设置有湿床面14、自下向上倾斜的倾斜面15、干床面16，水道的内部端口设置有由中央控制器控制由下向上打开的水槽入水闸门11，所述湿床面的上侧布设有PIV波高计21，所述蓄水池内设置有可移动式液压升降机1，所述可移动式液压升降机上端设置有放水闸门9朝向水槽的水箱7。所述移动式液压升降机可以控制水箱在竖直方向和水平方向上移动，通过水箱所处位置的不同，由水箱下泄的水流经过闸门后造成的海啸波的强度、压力和速度都会不同，从而可以模拟更多形式的海啸波。

本实施例中，该海啸波实验装置摆包括中央控制器和计算机，所述中央控制器控制整个实验测控装置的运行，而计算机负责对测控数据进行分析处理。

本实施例中，所述水箱出口处设置有一个连通到水槽入水闸门的管道。水箱可以结合移动式液压升降机来控制水箱的升降和平移，以便根据不同的实验要求模拟多种类型的海啸波，从而达到控制水槽内部水流速度和压力的要求。

在将水箱固定在一定的位置后，打开水箱的放水闸门，水流通过连接水箱放水闸门与水槽入水闸门的滑道，冲入闸门后的水槽内。

本实施例中，所述水槽具有位于蓄水池内的内部段和在蓄水池以外的外部段。为了更好的观测海啸波12的运动情况及破坏机制，水槽的侧面由透明材料制成，所述透明材料为钢化玻璃。

本实施例中，为了模拟更多的海底地形，所述水道与水槽可拆连接，以便根据不同的实验要求更好的控制湿床面、倾斜面和干床面的长度和材质，还可以通过更改底板结构的地形及障碍物来模拟更多的海底地形，使实验可以更加接近真实地形，达到更好的模拟效果。

本实施例中，所述蓄水池的蓄水腔内壁可以用沥青等材质涂抹形成防漏涂层，对要求较简单的实验为了节约时间和节省实验经费，可通过控制蓄水池内水深及入水闸门开度来模拟不同强度的海啸波冲击水道。

本实施例中，蓄水池设置有向外凸出的延伸段31，所述内部段设置于延伸段内。

本实施例中，所述湿床面和倾斜面上均布置有模拟红树林的消波结构20，所述红树林模型应按实际红树林的一定比例建模，通过控制红树林的数量和位置，可以得出不同红树林海岸对海啸波的消波作用。湿床面上还间隔布设有压力传感器23。

在湿床面14的水槽顶部布置有多个PIV波高计21，这样可以避免现有水槽实验中竖立杆对海啸波12原有速度和压力等因素的干扰，当海啸波的水深等因素变化时波高计21会将不同的电信号传输给中央控制器。

当经过的海啸波水深变化时可以输出不同的电信号，并且PIV测速超出了单点测速技术的局限性，能在同一瞬态记录下大量空间点上的速度分布信息，并可提供丰富的流场空间结构以及流动特性。PIV波高计可以在更大程度上减少对原有海啸波运动特性的干扰，以便更好的记录海啸波的破坏机制；所述倾斜面的坡度和宽度可以进行更改，但应保证所述干床面的高度应高于所述湿床面的高度；所述干床面上布置有模拟近岸建筑物的水工建筑结构（可以根据需要布置不同的建筑物，如桥墩结构），并在海啸波前进方向上布置有多个压强传感器和高速摄像头，PIV波高计、压强传感器和高速摄像头所捕捉的数据会被传递到计算机中被分析。

本实施例中，所述倾斜面15的坡度和宽度都可以按实验要求进行布置，有较大的灵活性；同时为了满足干床面16的高度高于湿床面14的高度，所述倾斜面15需采用自下而上倾斜的结构。

本实施例中，在海啸波12经过湿床面14和倾斜面15后进入干床面16，所述干床面上布置有模拟在海岸上被海啸波冲击的建筑结构22，所述建筑结构上安装有朝向海啸波传播方向的压力传感器，海啸对建筑结构22的作用力是由压力传感器23进行测量后将数据传输给中央控制器的。

本实施例中，所述干床面的上方布置有多个高速摄像头24，可以通过设置高速摄像头24的高度和角度来捕获所述海啸波12的数据，并将数据传输给中央处理器。同时，干床面16是用来模拟近岸海滩的，故一般海啸波无法穿过湿床面14和倾斜面15后对所述干床面16进行侵扰。

本实施例中，所述水槽入水闸门包括设置于下部并由气动装置30驱动实现侧向开启的百叶窗门18，位于百叶窗叶的上侧设置有由液压装置19驱动升降的滑移门17。

当需要生成溃坝波时，中央控制器控制系统按照设定的闸门开度历时曲线向溃坝波生成器发出指令，再由溃坝波生成器控制液压装置19和气动装置30，从而控制滑移门17的快速提起以及百叶窗门18的开启。滑移门17快速提起的作用是释放水库中的水冲向实验水槽里，而百叶窗门18的作用是稳定水流并减少水槽横向的水流，以便更好地控制流入水道内水流的初始速度和压力。

本实施例中，所述可移动式液压升降机包括底部设置有滚轮3的升降机底座2，所述升降机底座的的两侧设置有定位器5，升降机底座上设置有由两个驱动电机8驱动升降的剪叉臂4，所述剪叉臂的上端设置有用于安放水箱的支撑板6。

可移动式液压升降机可以通过滚轮平移到实验场地，然后通过定位器来固定住可移动式液压升降机，确定可移动式液压升降机的平面位置后，从而使得支撑板及上面的水箱由最低位置达到想要的高度位置，以便确定水箱的位置。

本实施例中，所述蓄水池设置于地下水池27的上方，所述水槽的另一端设置有排水闸门25，位于排水闸门的外侧设置有排水口26，所述排水口与地下水池相连通。在实验结束后，将实验装置拆卸完成后打开水道13外段端口处的排水闸门25将水排放到排水口26处，然后水将顺着排水口26流到地下水池27中。

本实施例中，所述排水口处铺设一层过滤器28，既可以防止实验器材被水流冲刷后落入地下水池27中，又可以循环利用地下水池27中的水流，节省资源和实验经费。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出不同形式的液压式升降机配合PIV测控波速的海啸波实验装置并不需要创造性的劳动，在不脱离本发明的原理和精神的情况下凡依本发明申请专利范围所做的均等变化、修改、替换和变型，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims

1.一种液压式升降机配合PIV测控波速的海啸波实验装置，包括蓄水池，其特征在于，所述蓄水池一侧设置有水槽，所述水槽的底部设置有水道，所述水道内沿海啸波传播方向依次设置有湿床面、自下向上倾斜的倾斜面、干床面，水道的内部端口设置有水槽入水闸门，所述湿床面的上侧布设有PIV波高计，所述蓄水池内设置有可移动式液压升降机，所述可移动式液压升降机上端设置有放水闸门朝向水槽的水箱。

2.根据权利要求1所述的液压式升降机配合PIV测控波速的海啸波实验装置，其特征在于，所述水槽具有位于蓄水池内的内部段和在蓄水池以外的外部段，水槽的侧面由透明材料制成。

3.根据权利要求2所述的液压式升降机配合PIV测控波速的海啸波实验装置，其特征在于，所述蓄水池的蓄水腔内壁设置有防漏涂层，蓄水池设置有向外凸出的延伸段，所述内部段设置于延伸段内。

4.根据权利要求1、2或3所述的液压式升降机配合PIV测控波速的海啸波实验装置，其特征在于，所述湿床面和倾斜面上均布置有模拟红树林的消波结构，湿床面上还间隔布设有压力传感器。

5.根据权利要求4所述的液压式升降机配合PIV测控波速的海啸波实验装置，其特征在于，所述干床面上布置有建筑结构，干床面的上方布置有多个高速摄像头，所述建筑结构上安装有朝向海啸波传播方向的压力传感器。

6.根据权利要求1所述的液压式升降机配合PIV测控波速的海啸波实验装置，其特征在于，所述水槽入水闸门包括设置于下部并由气动装置驱动实现侧向开启的百叶窗门，位于百叶窗叶的上侧设置有由液压装置驱动升降的滑移门。

7.根据权利要求1或6所述的液压式升降机配合PIV测控波速的海啸波实验装置，其特征在于，所述可移动式液压升降机包括底部设置有滚轮的升降机底座，所述升降机底座的的两侧设置有定位器，升降机底座上设置有由两个驱动电机驱动升降的剪叉臂，所述剪叉臂的上端设置有用于安放水箱的支撑板。

8.根据权利要求1所述的液压式升降机配合PIV测控波速的海啸波实验装置，其特征在于，所述水箱出口处设置有一个连通到水槽入水闸门的管道，所述水道与水槽可拆连接。

9.根据权利要求1所述的液压式升降机配合PIV测控波速的海啸波实验装置，其特征在于，所述蓄水池设置于地下水池的上方，所述水槽的另一端设置有排水闸门，位于排水闸门的外侧设置有排水口，所述排水口与地下水池相连通。

10.根据权利要求9所述的液压式升降机配合PIV测控波速的海啸波实验装置，其特征在于，所述排水口处铺设一层过滤器。