CN117890080A - 一种百叶门转动式海洋内孤立波模拟造波方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种百叶门转动式海洋内孤立波模拟造波方法，其属于海洋波模拟技术领域，包括：准备百叶门转动式造波装置；确定透明水槽中所需水体的参数；向透明水槽中注入水体；开启百叶门，形成内孤立波；百叶门的叶片的旋转轴线沿上下方向延伸且偏向于叶片的一侧，第一驱动机构驱动叶片打开时，叶片朝向左腔室转动，右腔室内的上层水体高于左腔室内的上层水体，因此右腔室为造波位置，内孤立波在左腔室传播；叶片朝向左腔室转动对右腔室的扰动很小，因此具有更高的造波质量，保证内孤立波的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及海洋波模拟技术领域，尤其涉及一种百叶门转动式海洋内孤立波模拟造波方法。
背景技术
海洋中由于水温和盐度的差异，使得海水密度在各深度层的分布不同，在淡水与盐水之间的界面易被扰动而产生内波。内波的恢复力极其微弱，约为表面波的0.1％，目前观测到的内波波幅达百多米量级，其不仅对海洋生态调节起到了重要作用，而且对海洋工程结构物以及水下航行器安全产生不可忽视的影响。因此通过实验室模拟内孤立波的生成演化及其与结构物作用，具有重要意义。
实验室用于产生内孤立波的装置大致分为两类：一类是在水槽中通过直接扰动两层流体密度界面的机械装置产生内孤立波，常用的机械装置有活塞式和摇板式等。这类装置常用于界面清晰、尤其是互不溶混的两种密度流体界面，其控制内孤立波要素(如波幅和波长等)的机构较为复杂。另一类是利用置于水槽一端的“隔门”两侧形成的流体密度界面落差，通过机械装置将“隔门”瞬间开启，由密度界面高度落差的重力运动产生内孤立波，常用的机械装置有提升闸门式、卷帘门式、槽拉门式和百叶门式。
在百叶门式造波装置中，百叶门包括多个叶片，所有叶片可以在驱动机构的控制下同步瞬间旋转，以实现百叶门的开启或者闭合。所有叶片构成的“隔门”采用重叠方式排列，闭合时重叠部分具有良好的密封性。在百叶门开启过程中，叶片旋转会对水体产生扰动，叶片的转动轴线基本位于叶片的中间位置，因此叶片旋转会对百叶门两侧的水体均产生扰动，导致造波不稳定。
发明内容
本发明的目的在于提供一种百叶门转动式海洋内孤立波模拟造波方法，以解决现有技术中存在的百叶门开启对水体扰动大导致造波不稳定的技术问题。
如上构思，本发明所采用的技术方案是：一种百叶门转动式海洋内孤立波模拟造波方法，包括：步骤1：准备百叶门转动式造波装置；百叶门转动式造波装置包括透明水槽和百叶门，透明水槽的顶端开口，百叶门沿上下方向延伸设置于透明水槽中，百叶门的底端与透明水槽的槽底之间间隔距离为L0以形成溢流通道，百叶门将透明水槽沿长度方向分隔为左腔室和右腔室，左腔室沿左右方向的长度大于右腔室沿左右方向的长度，左腔室与右腔室通过溢流通道连通；百叶门转动式造波装置还包括第一驱动机构，百叶门包括多个叶片，叶片的旋转轴线沿上下方向延伸且偏向于叶片的一侧，第一驱动机构用于驱动叶片旋转，百叶门开启时，叶片朝向左腔室转动；步骤2：确定透明水槽中所需水体的参数；根据所需产生的内孤立波的属性参数，通过计算确定分层水体上下层密度差Δρ和分层水体塌陷高度差Δh；选取淡水作为上层水体，根据上层水体的密度ρ1和分层水体上下层密度差Δρ确定下层水体的密度ρ2，Δρ=ρ2-ρ1且Δρ大于0；步骤3：向透明水槽中注入水体；开启百叶门之后，向透明水槽中注入下层水体，当透明水槽中水体的总高度达到第一高度H1时，停止注入下层水体；再向透明水槽中注入上层水体，当透明水槽中水体的总高度达到第二高度H2时，停止注入上层水体；关闭百叶门，向透明水槽的右腔室中注入上层水体，透明水槽内开始形成分层水体，当分层水体塌陷高度差Δh满足要求时，停止注入上层水体，此时，右腔室的上层水体高度为h1，左腔室的上层水体高度为h1＇，Δh=h1-h1＇；步骤4：开启百叶门，形成内孤立波；第一驱动机构驱动所有叶片同步瞬时旋转，百叶门开启，叶片朝向左腔室转动；分层水体塌陷高度差Δh在重力作用下发展成下凹型或者上凸型内孤立波，内孤立波在左腔室内向远离右腔室的方向传播。
作为优选，在步骤2中，内孤立波的属性参数包括振幅A和波长λ，根据公式A=a1*Δρ2 +b1*Δρ+c1确定分层水体上下层密度差Δρ，a1、b1和c1均为常量。
作为优选，在步骤2中，内孤立波的属性参数包括振幅A和波长λ，根据公式A=A0+a2*Δh+b2*Δh2+c2*λ+d*λ2确定分层水体塌陷高度差Δh，A0，a2、b2、c2和d均为常量。
作为优选，在步骤2中，选取盐水作为下层水体，通过淡水和海盐混合配制密度为ρ2的下层水体。
作为优选，在步骤3中，向透明水槽中注入下层水体之后，在下层水体的顶面铺设隔水膜，部分隔水膜沿透明水槽的内壁竖直向上延伸；在向透明水槽中注入上层水体时，将上层水体注入到水平铺设的隔水膜上，上层水体沿隔水膜向周边流动。
作为优选，在步骤3中，当分层水体塌陷高度差Δh满足要求时，停止注入上层水体之后，移除隔水膜。
作为优选，透明水槽或者百叶门上设置有刻度指示件，刻度指示件用于指示透明水槽中的水体高度；在步骤2中，将上层水体染色；在步骤3中，根据颜色区分上层水体和下层水体的分界面，以确定分层水体塌陷高度差Δh。
作为优选，在步骤3中，开启百叶门时，叶片的转动速度为第一速度，在步骤4中，开启百叶门时，叶片的转动速度为第二速度，第二速度大于第一速度。
作为优选，在步骤3形成的分层水体中，右腔室的下层水体高度为h2，左腔室的下层水体高度为h2＇，透明水槽内形成的分层水体的总高度为H，则H=h1+h2=h1＇+h2＇，分层水体塌陷高度差Δh=h2＇-h2，h2大于L0。
作为优选，在步骤4之后还包括：步骤5：关闭百叶门，向透明水槽的右腔室中注入上层水体，当分层水体塌陷高度差Δh满足要求时，停止注入上层水体；步骤6：开启百叶门，形成内孤立波。
本发明的有益效果：本发明提出的百叶门转动式海洋内孤立波模拟造波方法，左腔室与右腔室通过溢流通道连通，因此左腔室和右腔室形成连通器，左腔室内的水体总高度等于右腔室内的水体总高度；在步骤3形成的分层水体中，右腔室的上层水体高度为h1，左腔室的上层水体高度为h1＇，分层水体塌陷高度差Δh=h1-h1＇，也就是说，右腔室内的上层水体高于左腔室内的上层水体，因此右腔室为造波位置，内孤立波在左腔室传播；百叶门包括多个叶片，叶片的旋转轴线沿上下方向延伸且偏向于叶片的一侧，第一驱动机构驱动叶片打开时，叶片朝向左腔室转动，对右腔室的扰动很小，因此具有更高的造波质量，保证内孤立波的稳定性。
附图说明
图1是本发明实施例提供的百叶门转动式海洋内孤立波模拟造波方法的流程图。
图2是本发明实施例提供的百叶门转动式造波装置的结构示意图。
图3是本发明实施例提供的一种叶片的示意图。
图4是本发明实施例提供的百叶门关闭时的部分结构示意图。
图5是本发明实施例提供的百叶门打开时的部分结构示意图。
图6是本发明实施例提供的透明水槽内分成水体的示意图。
图7是本发明实施例提供的另一种叶片的示意图。
图中：10、透明水槽；11、左腔室；12、右腔室；20、百叶门；21、叶片；22、第一支撑轴；23、第二支撑轴；30、第一驱动机构；31、电机；32、齿轮组件；321、第一齿轮；322、第二齿轮；33、固定部；34、活动部；40、支架；41、限位槽；51、控制器；52、开关。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
参见图1至图7，本发明实施例提供一种百叶门转动式海洋内孤立波模拟造波方法，采用百叶门转动式造波装置，模拟海洋中内孤立波。
百叶门转动式海洋内孤立波模拟造波方法包括：步骤1：准备百叶门转动式造波装置；步骤2：确定透明水槽10中所需水体的参数；步骤3：向透明水槽10中注入水体；步骤4：开启百叶门20，形成内孤立波。
百叶门转动式造波装置包括透明水槽10和百叶门20，透明水槽10的顶端开口，百叶门20沿上下方向延伸设置于透明水槽10中，百叶门20的底端与透明水槽10的槽底之间间隔距离为L0以形成溢流通道，百叶门20将透明水槽10沿长度方向分隔为左腔室11和右腔室12，左腔室11沿左右方向的长度大于右腔室12沿左右方向的长度，左腔室11与右腔室12通过溢流通道连通。
百叶门转动式造波装置还包括第一驱动机构30，百叶门20包括多个叶片21，叶片21的旋转轴线沿上下方向延伸且偏向于叶片21的一侧，第一驱动机构30用于驱动叶片21旋转，百叶门20开启时，叶片21朝向左腔室11转动。由于叶片21朝向左腔室11转动，对右腔室12的扰动很小。
根据透明水槽10的实际大小和机械结构的限制，确定叶片21的数量和规格，取叶片21数目为n，一般16-24片，单个叶片21的长度为L，一般300-1000mm，单个叶片21的宽度为D，一般为50-120mm。可以理解的是，叶片21越窄，在打开时受到的阻力越小，对水体的扰动越小。其中，叶片21为细长薄型橡胶片，闭合时，相邻叶片21之间部分重叠以保证良好的密封性。
百叶门转动式造波装置还包括支架40，支架40为叶片21和第一驱动机构30提供支撑。部分支架40插入透明水槽10，叶片21设置于支架40上，支架40与透明水槽10之间可以采用密封条密封。
在一些实施例中，如图2至图5所示，叶片21上沿竖直方向设置有第一支撑轴22和第二支撑轴23，第一支撑轴22的轴线即为叶片21的旋转轴线，第一驱动机构30用于驱动第二支撑轴23活动，以带动叶片21转动。可以是，第一支撑轴22固定设置，叶片21套设于第一支撑轴22。或者，第一支撑轴22与叶片21固定设置，第一支撑轴22能够绕自身轴线转动。具体地，叶片21上沿竖直方向贯穿设置有第一安装孔和第二安装孔，第一安装孔内穿设有第一支撑轴22，第二安装孔内穿设有第二支撑轴23。第一支撑轴22与支架40固定连接，第二支撑轴23与支架40活动连接。
第一驱动机构30包括电机31、齿轮组件32、固定部33和活动部34，固定部33与支架40固定连接，活动部34与支架40活动连接，所有叶片21上的第一支撑轴22均与固定部33连接，所有叶片21上的第二支撑轴23均与活动部34连接，电机31通过齿轮组件32驱动活动部34活动。
齿轮组件32包括第一齿轮321和第二齿轮322，第一齿轮321设置于电机31的电机轴上，第二齿轮322与第一齿轮321啮合，活动部34的一端与第二齿轮322铰接，活动部34的另一端与支架40上的限位槽41滑动连接。电机轴转动带动第一齿轮321转动，进而驱动第二齿轮322转动，使得活动部34活动。第二齿轮322的圆周运动转化为活动部34的平移运动，使得活动部34相对于固定部33平移，实现叶片21打开。
在本实施例中，叶片21的转动角度最大为90度，第二齿轮322可以采用圆心角弧度为90度的扇形齿轮，限位槽41为圆弧槽。电机31可以采用步进电机，支架40上设置有控制器51和开关52，控制器51根据开关52的信号控制电机31启停，控制器51为电机31提供脉冲信号，控制电机31的电机轴的转动方向和转动角度。在开关52打开时，控制器51控制电机31正转，以使得百叶门20打开，在开关52闭合时，控制器51控制电机31反转，以使得百叶门20关闭。
在本实施例中，活动部34包括上下间隔设置的两个活动板，叶片21位于两个活动板之间。固定部33包括上下间隔设置的两个固定板，叶片21位于两个固定板之间。位于叶片21顶部的活动板和固定板在同一水平面内，活动板的活动过程中不会与固定板干涉，活动板上设置的凸起可以插入固定板上设置的凹槽内。同理，位于叶片21底部的活动板和固定板在同一水平面内，活动板的活动过程中不会与固定板干涉，活动板上设置的凸起可以插入固定板上设置的凹槽内。
在一些实施例中，如图7所示，叶片21的上下两端均固定设置有第一支撑轴22，第一支撑轴22与支架40转动连接，第一支撑轴22的轴线即为叶片21的旋转轴线，第一驱动机构30用于驱动第一支撑轴22转动。第一支撑轴22沿上下方向延伸且偏向于叶片21的一侧。可以是，第一驱动机构30包括多个气缸，对应每个气缸设置一组曲柄滑块组件，曲柄滑块组件包括滑块、连杆和曲柄，滑块与气缸的输出端连接，连杆与滑块铰接，曲柄的一端与连杆铰接，曲柄的另一端与第一支撑轴22固定连接。多个气缸同步驱动，以实现多个叶片21同步打开和闭合。
百叶门转动式造波装置还包括第二驱动机构，第二驱动机构用于驱动百叶门20沿上下方向移动，通过上下移动百叶门20，可以调节百叶门20的底端与透明水槽10的槽底之间间隔距离，以适应不同的需求。第二驱动机构可以采用气缸或者丝杠螺母机构。
通常情况下，透明水槽10呈长方体状。利用分层水体的高度差造波，为了保证内孤立波有足够的传播范围，通常设置内孤立波沿透明水槽10的长度方向传播。本实施例采用的水槽的长度为15m，宽度为0.5m，高度为0.7m，右腔室12沿左右方向的长度为2.5m。
在步骤2中，根据所需产生的内孤立波的属性参数，通过计算确定分层水体上下层密度差Δρ和分层水体塌陷高度差Δh；选取淡水作为上层水体，根据上层水体的密度ρ1和分层水体上下层密度差Δρ确定下层水体的密度ρ2，Δρ=ρ2-ρ1且Δρ大于0。
在步骤2中，内孤立波的属性参数包括振幅A和波长λ，根据公式A=a1*Δρ2 +b1*Δρ+c1确定分层水体上下层密度差Δρ，a1、b1和c1均为常量。在本实施例中，A=0.0313*Δρ2+2*Δρ-16.875，公式中的各个常量是通过多次试验获取数据并拟合获得。
在步骤2中，内孤立波的属性参数包括振幅A和波长λ，根据公式A=A0+a2*Δh+b2*Δh2+c2*λ+d*λ2确定分层水体塌陷高度差Δh，A0，a2、b2、c2和d均为常量。在本实施例中，A0=-51.69408±11.13798；a2= 0.8172±0.44213；b2=-0.01584±0.01278；c2 =3.84637±1.03067；d=-0.0661±0.02087；公式中的各个常量是通过多次试验获取数据并拟合获得。
通过明确内孤立波的属性参数，再反推分层水体上下层密度差Δρ和分层水体塌陷高度差Δh，可以实现相同内孤立波的重复造波。
在步骤2中，选取盐水作为下层水体，通过淡水和海盐混合配制密度为ρ2的下层水体。上层水体为淡水，下层水体为盐水，因此下层水体的密度ρ2大于上层水体的密度ρ1。选取下层水体为盐水，便于取材，降低成本。
在本实施例中，振幅A为8cm，波长λ为175cm，根据公式可得分层水体上下层密度差Δρ为19kg/m3；再根据公式计算可得分层水体塌陷高度差Δh为20cm。上层水体为淡水，密度为998kg/m3，下层水体密度为1017kg/m3。
通过染色的方式便于区分上层水体和下层水体。在一些实施例中，将上层水体染色，下层水体不染色。在一些实施例中，将下层水体染色，上层水体不染色。在一些实施例中，将上层水体和下层水体均染色，上层水体和下层水体颜色不同。
在步骤3中，向透明水槽10中注入水体；开启百叶门20之后，向透明水槽10中注入下层水体，当透明水槽10中水体的总高度达到第一高度H1时，停止注入下层水体；再向透明水槽10中注入上层水体，当透明水槽10中水体的总高度达到第二高度H2时，停止注入上层水体；关闭百叶门20，向透明水槽10的右腔室12中注入上层水体，透明水槽10内开始形成分层水体，当分层水体塌陷高度差Δh满足要求时，停止注入上层水体，此时，右腔室12的上层水体高度为h1，左腔室11的上层水体高度为h1＇，Δh=h1-h1＇。
在步骤3形成的分层水体中，右腔室12的下层水体高度为h2，左腔室11的下层水体高度为h2＇，透明水槽10内形成的分层水体的总高度为H，则H=h1+h2=h1＇+h2＇，分层水体塌陷高度差Δh=h2＇-h2，h2大于L0。L0通常为10cm，在向透明水槽10中注入下层水体时，要保证下层水体超过百叶门20的底端设定距离，以防在形成分层水体时下层水体的最低液面低于百叶门20。
通常情况下，在根据公式确定分层水体塌陷高度差Δh之后，结合透明水槽10的尺寸和实际经验，可以大致确定左腔室11内上层水体的高度和左腔室11内下层水体的高度。由于右腔室12沿左右方向的长度较小，因此在形成分层水体时，向右腔室12中注入上层水体导致左腔室11的液面变化较小。根据透明水槽10的高度0.7m，可以初步确定下层水体的大致高度为0.4m，上层水体的大致高度为0.1m。当然，在左腔室11和右腔室12中，上层水体和下层水体的高度可以根据实际需要设置，只需保证分层水体上下层密度差Δρ和分层水体塌陷高度差Δh满足内孤立波的属性参数要求即可。
在步骤3中，向透明水槽10中注入下层水体之后，在下层水体的顶面铺设隔水膜，部分隔水膜沿透明水槽10的内壁竖直向上延伸；在向透明水槽10中注入上层水体时，将上层水体注入到水平铺设的隔水膜上，上层水体沿隔水膜向周边流动。通过设置隔水膜，避免上层水体对下层水体造成冲击。
在步骤3中，当分层水体塌陷高度差Δh满足要求时，停止注入上层水体之后，移除隔水膜。
透明水槽10或者百叶门20上设置有刻度指示件，刻度指示件用于指示透明水槽10中的水体高度；在步骤2中，将上层水体染色；在步骤3中，根据颜色区分上层水体和下层水体的分界面，以确定分层水体塌陷高度差Δh。
在步骤4中，第一驱动机构30驱动所有叶片21同步瞬时旋转，百叶门20开启，叶片21朝向左腔室11转动；分层水体塌陷高度差Δh在重力作用下发展成下凹型或者上凸型内孤立波，内孤立波在左腔室11内向远离右腔室12的方向传播。
在步骤3中，开启百叶门20时，叶片21的转动速度为第一速度，在步骤4中，开启百叶门20时，叶片21的转动速度为第二速度，第二速度大于第一速度。通过设置较小的第一速度，使得叶片21对水体的扰动减小。
通常情况下，叶片21的开启角度为90度。在步骤3中，开启百叶门20时，叶片21的开启角度为第一角度，在步骤4中，开启百叶门20时，叶片21的开启角度为第二角度，第二角度大于第一角度。在一些实施例中，第二角度等于90度，第一角度等于10度。
在步骤4之后还包括：步骤5：关闭百叶门20，向透明水槽10的右腔室12中注入上层水体，当分层水体塌陷高度差Δh满足要求时，停止注入上层水体；步骤6：开启百叶门20，形成内孤立波。在试验时可以通过步骤5和步骤6多次形成内孤立波。当上层水体的高度超过设定值时，可以将部分上层水体抽出，再通过步骤5和步骤6形成内孤立波。
以上实施方式只是阐述了本发明的基本原理和特性，本发明不受上述实施方式限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还有各种变化和改变，这些变化和改变都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (10)
1.一种百叶门转动式海洋内孤立波模拟造波方法，其特征在于，包括：
步骤1：准备百叶门转动式造波装置；
百叶门转动式造波装置包括透明水槽（10）和百叶门（20），透明水槽（10）的顶端开口，百叶门（20）沿上下方向延伸设置于透明水槽（10）中，百叶门（20）的底端与透明水槽（10）的槽底之间间隔距离为L0以形成溢流通道，百叶门（20）将透明水槽（10）沿长度方向分隔为左腔室（11）和右腔室（12），左腔室（11）沿左右方向的长度大于右腔室（12）沿左右方向的长度，左腔室（11）与右腔室（12）通过溢流通道连通；
百叶门转动式造波装置还包括第一驱动机构（30），百叶门（20）包括多个叶片（21），叶片（21）的旋转轴线沿上下方向延伸且偏向于叶片（21）的一侧，第一驱动机构（30）用于驱动叶片（21）旋转，百叶门（20）开启时，叶片（21）朝向左腔室（11）转动；
步骤2：确定透明水槽（10）中所需水体的参数；
根据所需产生的内孤立波的属性参数，通过计算确定分层水体上下层密度差Δρ和分层水体塌陷高度差Δh；选取淡水作为上层水体，根据上层水体的密度ρ1和分层水体上下层密度差Δρ确定下层水体的密度ρ2，Δρ=ρ2-ρ1且Δρ大于0；
步骤3：向透明水槽（10）中注入水体；
开启百叶门（20）之后，向透明水槽（10）中注入下层水体，当透明水槽（10）中水体的总高度达到第一高度H1时，停止注入下层水体；再向透明水槽（10）中注入上层水体，当透明水槽（10）中水体的总高度达到第二高度H2时，停止注入上层水体；
关闭百叶门（20），向透明水槽（10）的右腔室（12）中注入上层水体，透明水槽（10）内开始形成分层水体，当分层水体塌陷高度差Δh满足要求时，停止注入上层水体，此时，右腔室（12）的上层水体高度为h1，左腔室（11）的上层水体高度为h1＇，Δh=h1-h1＇；
步骤4：开启百叶门（20），形成内孤立波；
第一驱动机构（30）驱动所有叶片（21）同步瞬时旋转，百叶门（20）开启，叶片（21）朝向左腔室（11）转动；
分层水体塌陷高度差Δh在重力作用下发展成下凹型或者上凸型内孤立波，内孤立波在左腔室（11）内向远离右腔室（12）的方向传播。
2.根据权利要求1所述的百叶门转动式海洋内孤立波模拟造波方法，其特征在于，在步骤2中，内孤立波的属性参数包括振幅A和波长λ，根据公式A=a1*Δρ2 +b1*Δρ+c1确定分层水体上下层密度差Δρ，a1、b1和c1均为常量。
3.根据权利要求1所述的百叶门转动式海洋内孤立波模拟造波方法，其特征在于，在步骤2中，内孤立波的属性参数包括振幅A和波长λ，根据公式A=A0+a2*Δh+b2*Δh2+c2*λ+d*λ2确定分层水体塌陷高度差Δh，A0，a2、b2、c2和d均为常量。
4.根据权利要求1所述的百叶门转动式海洋内孤立波模拟造波方法，其特征在于，在步骤2中，选取盐水作为下层水体，通过淡水和海盐混合配制密度为ρ2的下层水体。
5.根据权利要求1所述的百叶门转动式海洋内孤立波模拟造波方法，其特征在于，在步骤3中，向透明水槽（10）中注入下层水体之后，在下层水体的顶面铺设隔水膜，部分隔水膜沿透明水槽（10）的内壁竖直向上延伸；在向透明水槽（10）中注入上层水体时，将上层水体注入到水平铺设的隔水膜上，上层水体沿隔水膜向周边流动。
6.根据权利要求5所述的百叶门转动式海洋内孤立波模拟造波方法，其特征在于，在步骤3中，当分层水体塌陷高度差Δh满足要求时，停止注入上层水体之后，移除隔水膜。
7.根据权利要求1所述的百叶门转动式海洋内孤立波模拟造波方法，其特征在于，所述透明水槽（10）或者所述百叶门（20）上设置有刻度指示件，刻度指示件用于指示所述透明水槽（10）中的水体高度；在步骤2中，将上层水体染色；在步骤3中，根据颜色区分上层水体和下层水体的分界面，以确定分层水体塌陷高度差Δh。
8.根据权利要求1所述的百叶门转动式海洋内孤立波模拟造波方法，其特征在于，在步骤3中，开启百叶门（20）时，叶片（21）的转动速度为第一速度，在步骤4中，开启百叶门（20）时，叶片（21）的转动速度为第二速度，第二速度大于第一速度。
9.根据权利要求1所述的百叶门转动式海洋内孤立波模拟造波方法，其特征在于，在步骤3形成的分层水体中，右腔室（12）的下层水体高度为h2，左腔室（11）的下层水体高度为h2＇，透明水槽（10）内形成的分层水体的总高度为H，则H=h1+h2=h1＇+h2＇，分层水体塌陷高度差Δh=h2＇-h2，h2大于L0。
10.根据权利要求1-9任一项所述的百叶门转动式海洋内孤立波模拟造波方法，其特征在于，在步骤4之后还包括：
步骤5：关闭百叶门（20），向透明水槽（10）的右腔室（12）中注入上层水体，当分层水体塌陷高度差Δh满足要求时，停止注入上层水体；
步骤6：开启百叶门（20），形成内孤立波。
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Citations (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0854318A (ja) * | 1994-08-09 | 1996-02-27 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 造波水槽 |
| JPH09280997A (ja) * | 1996-04-09 | 1997-10-31 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | 造波装置 |
| CN101788377A (zh) * | 2010-02-01 | 2010-07-28 | 中国人民解放军理工大学理学院 | 旋转百叶门重力式内孤立波造波机 |
| CN102221446A (zh) * | 2011-03-09 | 2011-10-19 | 中国海洋石油总公司 | 一种双板式内孤立波造波装置及其造波方法 |
| JP2014219203A (ja) * | 2013-05-01 | 2014-11-20 | 株式会社不動テトラ | 津波実験装置 |
| WO2015082871A1 (en) * | 2013-12-07 | 2015-06-11 | Wave-Master Systems Limited | A module and modular apparatus for efficiently producing waves in a body of water |
| JP2017009587A (ja) * | 2015-06-16 | 2017-01-12 | 東亜建設工業株式会社 | 造波装置および造波方法 |
| CN108168839A (zh) * | 2018-01-05 | 2018-06-15 | 中国海洋大学 | 一种研究内孤立波对小直径直立桩柱影响的实验装置 |
| JP2019007816A (ja) * | 2017-06-23 | 2019-01-17 | 東亜建設工業株式会社 | 造波実験装置および方法 |
| CN110008509A (zh) * | 2019-03-01 | 2019-07-12 | 中国海洋大学 | 一种考虑背景流场下的内孤立波作用力特性分析方法 |
| CN209673327U (zh) * | 2018-01-05 | 2019-11-22 | 中国海洋大学 | 用于研究内孤立波试验用的内孤立波发生装置 |
| CN112697390A (zh) * | 2020-11-30 | 2021-04-23 | 中国人民解放军国防科技大学 | 适用于大型水槽中复合式一阶和二阶模态内孤立波造波装置及方法 |
| CN113406006A (zh) * | 2021-06-11 | 2021-09-17 | 中国海洋大学 | 一种用于探测第二模态凸型内孤立波振幅的方法 |
| CN215065158U (zh) * | 2020-11-30 | 2021-12-07 | 中国人民解放军国防科技大学 | 一种可模拟一阶和二阶模态海洋内孤立波的实验装置 |
| CN114323555A (zh) * | 2021-11-30 | 2022-04-12 | 中国人民解放军国防科技大学 | 一种模拟海洋内孤立波的实验方法 |
| CN116738136A (zh) * | 2023-05-17 | 2023-09-12 | 中国海洋大学 | 一种内孤立波作用下海底甲烷气体释放量的计算方法 |
-
2024
- 2024-03-15 CN CN202410295674.2A patent/CN117890080B/zh active Active
Patent Citations (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0854318A (ja) * | 1994-08-09 | 1996-02-27 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 造波水槽 |
| JPH09280997A (ja) * | 1996-04-09 | 1997-10-31 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | 造波装置 |
| CN101788377A (zh) * | 2010-02-01 | 2010-07-28 | 中国人民解放军理工大学理学院 | 旋转百叶门重力式内孤立波造波机 |
| CN102221446A (zh) * | 2011-03-09 | 2011-10-19 | 中国海洋石油总公司 | 一种双板式内孤立波造波装置及其造波方法 |
| JP2014219203A (ja) * | 2013-05-01 | 2014-11-20 | 株式会社不動テトラ | 津波実験装置 |
| WO2015082871A1 (en) * | 2013-12-07 | 2015-06-11 | Wave-Master Systems Limited | A module and modular apparatus for efficiently producing waves in a body of water |
| JP2017009587A (ja) * | 2015-06-16 | 2017-01-12 | 東亜建設工業株式会社 | 造波装置および造波方法 |
| JP2019007816A (ja) * | 2017-06-23 | 2019-01-17 | 東亜建設工業株式会社 | 造波実験装置および方法 |
| CN108168839A (zh) * | 2018-01-05 | 2018-06-15 | 中国海洋大学 | 一种研究内孤立波对小直径直立桩柱影响的实验装置 |
| CN209673327U (zh) * | 2018-01-05 | 2019-11-22 | 中国海洋大学 | 用于研究内孤立波试验用的内孤立波发生装置 |
| CN110008509A (zh) * | 2019-03-01 | 2019-07-12 | 中国海洋大学 | 一种考虑背景流场下的内孤立波作用力特性分析方法 |
| CN112697390A (zh) * | 2020-11-30 | 2021-04-23 | 中国人民解放军国防科技大学 | 适用于大型水槽中复合式一阶和二阶模态内孤立波造波装置及方法 |
| CN215065158U (zh) * | 2020-11-30 | 2021-12-07 | 中国人民解放军国防科技大学 | 一种可模拟一阶和二阶模态海洋内孤立波的实验装置 |
| CN113406006A (zh) * | 2021-06-11 | 2021-09-17 | 中国海洋大学 | 一种用于探测第二模态凸型内孤立波振幅的方法 |
| CN114323555A (zh) * | 2021-11-30 | 2022-04-12 | 中国人民解放军国防科技大学 | 一种模拟海洋内孤立波的实验方法 |
| CN116738136A (zh) * | 2023-05-17 | 2023-09-12 | 中国海洋大学 | 一种内孤立波作用下海底甲烷气体释放量的计算方法 |
Non-Patent Citations (6)
| Title |
|---|
| JINJIANG YAO等: "Experimental investigation of internal solitary wave loads on artificial seabed", OCEAN ENGINEERING, 31 December 2023 (2023-12-31) * |
| 余乐等: "内孤立波作用下南海北部陆坡沙波形成过程实验模拟", 中国海洋大学学报, no. 10, 31 October 2017 (2017-10-31) * |
| 王少东: "连续密度跃层中第二模态内孤立波及其波致流场实验研究", 水动力学研究与进展（A辑）, no. 1, 31 January 2024 (2024-01-31) * |
| 王玲玲;王寅;魏岗;陆谦益;徐津;唐洪武;: "内孤立波环境下圆柱和方柱受力特征――Ⅰ.物理实验", 水科学进展, vol. 28, no. 03, 31 March 2017 (2017-03-31) * |
| 苗得胜;郭海燕;赵婧;王飞;王伟;: "内孤立波数值模拟方法研究", 中国海洋大学学报(自然科学版), vol. 46, no. 10, 31 October 2016 (2016-10-31) * |
| 黄文昊;尤云祥;王旭;胡天群;: "有限深两层流体中内孤立波造波实验及其理论模型", 物理学报, no. 08, 23 April 2013 (2013-04-23) * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN117890080B (zh) | 2024-05-28 |
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