CN205538155U - 可控浪流耦合发生及循环装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可控浪流耦合发生及循环装置，该装置形成了一个内部连通封闭、水流循环利用、波流耦合良好的回路系统。试验水槽的两侧由循环管道连入水槽下方的集水平水器，在循环管道上设置记流计、离心泵及阀门，如此，可采用主动方式控制整个系统内水流的流动。在水槽出流处设置消浪顺流装置。波浪由一座整体为三棱柱形状的造波器通过倾斜的造波板压动水面产生，水流在造波器下方流入水槽，可促使浪流稳定耦合。总之，该装置可在水槽中产生不同周期和波长的波浪，不同流速的水流，并且最大程度上减少了浪流耦合杂乱且相互影响的状况，较好地消浪顺流，减少水流紊动强度，为越来越复杂的试验提供了良好的波浪耦合技术手段。

Description

可控浪流耦合发生及循环装置

技术领域

本发明涉及一种可控浪流耦合发生及循环装置，能够更为真实地模拟海洋环境条件，特别是能够最大限度的减少了浪流耦合混乱而造成水流震荡的情况，属于海洋环境动力模拟试验技术领域。

背景技术

随着海洋事业的不断发展，人类逐渐意识到海洋的重要性，并开始对海洋进行开发利用。然而，由于海洋环境的复杂性以及人类试验条件的各种限制，现在，人们很难直接在海洋上进行调研及实验，因此，在对海洋的研究中，多采用试验水槽在室内进行对海洋环境的模拟，然后，通过时间比尺，速度比尺进行的转换，从而，预测真实的海洋环境。在此基础上，再进行各种海洋试验模拟，比如海底管线的冲刷，海洋环境检测，海洋能装置发电等。因此，在海洋开发中，室内水槽试验起着举足轻重的作用，它能在耗费较小的财力及精力的情况下，对海洋开发提供充足的科学依据。

现在能够产生浪流的室内海洋动力模拟装置都是由造波和造流系统组成，两者同时作用于水槽中的水体，产生相应的流及浪。但是，造波造流形式，波流相互影响程度，水体循环程度不尽相同。

有些试验水槽直接将水流入口放置在造波板的前方出流，在造流造波两者同时作用时，水流在入口方向垂直上涌，而造波板水平平推，两种不同形式的扰流模式直接导致其模拟与海洋环境水动力状态存在差别，特别是在大流速情况下，这种扰流更加明显。

如今大部分造波采用平推方式，在造波板推出去和回来的过程中，整个水槽内的水流都会有一定的回流，此造波方法达到了造波的形式，但是干扰了整个水体。

在消波装置的设置上，有些试验水槽把该装置为运动状态，虽然能够达到较好的消波效果，但是与实际情况相差较大，在海洋环境中消波装置最为常见的为消波堤，在固定状态下达到较好的消波效果，允许有一定的回流，而不是运动时的消波状态。

在循环水槽系统中，如果把管道和水槽直接做成闭路的话，在水流出口处极易造成水气混掺进入管道，从而使管道内的水流不畅，同时，在入流时会出现水气两项流。

发明内容

为了克服现有模拟装置不能充分模拟海洋水动力环境以及设计上的弊端，达到能在试验水槽中使水流和波浪能够顺畅流动和传播以及使波浪和水流稳定耦合的效果，本实用新 型提供了一种优化的试验水槽结构装置，使其尽可能的模拟出真实的海洋水动力环境，减少外在不必要因素的影响，同时，达到了人工控制水流流速和波浪产生的目的。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：造波器的侧面为三角形、整体为三棱柱形状，造波器的垂直面的两侧贴近水槽的入流壁，在此入流壁处设置两条可卡在水槽内的丝杠，在水槽的壁面上设置用于卡住造波器上面丝杠的丝母，保证造波器能上下运动，同时保证该造波器的下边缘不触及出流口处的平顺水流器；造波器由变频电机带动，通过造波器的铰接，促使造波器在水槽中上下运动；造波器的倾斜面为压波面。造波装置的压波面上下运动压动水面，产生波浪，通过调节压波面的大小以及带动造波装置的电机的频率产生不同波长及周期的波。压波面为可调节面，即可控制其与垂直面的角度，来调节压波面的大小，从而能产生不同波长的波浪；造波器设置在水流入口的上方，水槽内水体流动表现为上部造波，下部入流。

在水槽入流处前方及水槽出流处后方，各存在一段与水槽延伸方向一致的水流管道，并保持水平状态，前方管道能够保证流入水槽的水流为水平顺流状态，后方管道能够减少出流时气液混杂喷涌现象的发生。

在水槽水流入口处，设置层格状平流器，该装置由相同的水平板层层架构而成，每块水平板中存在多个长方形的镂空孔，并排列整齐，水平板的孔隙率大约为百分之四十。该装置能够平顺进入水槽的水流，减弱由于水流进入水槽时突然扩张产生的水流紊动强度。

水槽出流处设置空洞蜂窝状的消波顺流装置，该装置由贯穿的管状结构组合而成，整体呈现为蜂窝的状态，迎流消波面为倾斜状，出流面为垂直状。该装置能够层层消波，下部平顺水流减少出流对整个水槽内水体流动的影响，也有利于水体的循环。

在入流管道处设置离心泵、控制阀和记流计，该处离心泵和控制阀来控制流入水槽内的水体流速及流量，记流计能够观察并实时监控水体的流速流量情况，保证了流入水槽的水体能够人为主动控制。出流管道上设置离心泵和控制阀，主要用于防止出现水流流量过大时出流缓慢而造成水流囤积现象以及水流流量较小时水流流出过快的现象。该可控浪流耦合发生及循环装置系统装置，整体为垂直结构，能够减少水平占地面积。

本实用新型的工作原理是：造波器的侧面为三角形、整体为棱柱形状，造波器的垂直面贴近水槽的入流面，顶部水平面设置铰接装置，以便与变频电机连接；在造波器的垂直面的两侧靠近水槽入流壁处设置两条可卡在水槽内的丝杠，在水槽的壁面上设置用于卡住造波器上面丝杠的丝母，同时保证该造波器的下边缘不触及出流口处的平顺水流器；造波器的倾斜面为造波板，造波器由变频电机带动上下运动，此时造波板上下压动水面产生波浪，波 浪的波长根据造波板的长度和与倾斜程度进行调节，造波板与造波器垂直面的角度越小，波浪波长越短；波浪的周期与造波器上下运动频率相关，造波器运动频率越高，造出的波浪的周期越小。

在水流充分进入水槽之前要保证水流的平顺，而不能在水流在进入水槽时出现突然喷涌的情况，为此，在水流入口处造波器的下方设置层格状平流器，起到缓流顺流作用，减少因为入流不均匀对水槽内整体流动的扰动。此设置，保证了在水槽内上部造波下部造流，达到波流耦合稳定的状态。

在水槽水流的出口处，设置消波顺流装置，该装置的迎流消浪面为倾斜状，出流面为垂直面，整个装置由贯通的管状结构组成，整体呈现蜂窝形状，这种设置在消浪顺流方面的作用在于，一：在波浪作用在迎流消浪面时，能够将整体波浪进行分解破碎，每一个圆管入口负责减弱破碎它自身所在范围的波浪，采用由整化零的方式消波，并且将水流导入装置后方；二：该消波面采用倾斜状能够由上向下层层减弱波浪，同时，在下部顺畅导流。

在水槽的入流和出流处分别设置一段水平的管道，在入流处的水平管道能够保证进入水槽之前的水流为水平顺畅状态，减少水流的紊动对试验造成的影响。在出口处设置一段水平管道，最大限度内减少水槽出流时由于混入的空气造成的管涌、管堵现象，同时，减少水流反射对水槽内的水体造成的影响。总之，该水平管道的作用为保证水槽内的入流出流时，不对水槽内的水体造成较大影响。

在水槽入流管道上安装计流器，水泵及阀门，计流器能够直观的观察入流的流量或流速，同时，通过对水泵及阀门的调整，得到实验需要的流速，能够人为主观的控制实验条件，大大提高了试验效率。在水槽出流管道上设置水泵和阀门，目的为了维持整体水流的稳定流动，防止出现出流流量和入流流量不均衡造成水槽内水体增加或减少的状况。

在水槽的下方设置集水平水器，该装置上方有通气孔，并通过两条管道与水槽相连，该装置的作用如下，一、能够保证水体的循环利用，减少浪费，在试验完毕后可将水存储在该装置内，以便下次利用；二、在水槽出流时，难免会有空气混入流体，形成气液两相流，不利于流体的循环，在通过此装置时能够将气体排放出去，减少空气造成的影响。

本实用新型的有益效果是：该装置能够产生不同周期和频率的波浪以及不同流速的水流，并且很好的耦合了波浪和水流，减少了两者共同作用时的紊动强度，能够模拟出复杂的水动力环境，为海洋水动力试验提供了良好的条件，使模拟环境更为真是可靠，在科研试验中有很高的价值。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本实用新型进一步说明。

图1是本实用新型装置立体结构示意图。

图2是本实用新型造波装置结构示意图。

图3是本实用新型顺流消波装置结构示意图。

图中：1.造波器；2.造波板；3.试验水槽；4.丝杠；5.层格状平流器；6.消浪顺流装置；7.水槽入流管道；8.水槽出流管道；9.阀门；10.水泵；11.计流器；12.平水集水器；13.通气进水出水孔；14.水槽进水口；15.水槽出水口；16.电动机组；17.造波器垂直面；18.水槽入流面；19.造波器造波板；20.迎流消浪面；21.出流面。

具体实施方式

在图1中，试验水槽(3)与平水集水器(12)通过两端水流管道(7)和(8)串联在一起，形成一个循环回路。在试验之前，通过平水集水器(12)上面的通气进水出水孔(13)注入试验需要的水体，同时，该孔在试验时排除水体在水槽出流时掺入的空气，防止再此进入水槽。在水槽入流管路(7)上设置阀门(9)和水泵(10)用来控制进入水槽的流量，设置计流器(11)用来观察进入水槽的流量，以便能够根据实际需要调节阀门(9)和水泵(10)。在水槽出流管道(8)上设置阀门(9)和水泵(10)主要是为了防止出现水槽内水体的进入和流出的流量不均衡，从而能够调节出流流量，使水体稳定平衡。在水槽入流管道(7)及水槽出流管道(8)和水槽连接处，都设置一段水平状态的管道，为了对水流进行过渡，防止水流在进水出水时出现紊动强度较大的现象。在水槽进水口(14)处设置层格状平流器(5)，进一步平顺水流，同时为波浪水流稳定耦合打下基础，更好的模拟海洋环境。

图2中为造波器(1)，整体就三角棱柱型，造波器垂直面(17)贴近水槽的入流面(18)，顶部水平面设置铰接装置，以便与变频电机连接；在造波器的垂直面的两侧靠近水槽入流壁处设置两条可卡在水槽内的丝杠(4)，在水槽的壁面上设置用于卡住造波器上面丝杠的丝母，同时，保证该造波器的下边缘不触及出流口处的平顺水流器(12)；造波器倾斜面为造波板(19)，造波器由变频电机带动上下运动，此时造波板(19)上下压动水面产生波浪，波浪的波长根据造波板的长度和与倾斜程度进行调节，造波板与造波器垂直面的角度越小，波浪波长越短；波浪的周期与造波器上下运动频率相关，造波器运动频率越高，造出的波浪的周期越小。

图3为消浪顺流装置(6)，该装置的迎流消浪面(20)为倾斜状，出流面(21)为垂直面，整个装置由贯通的管状结构组成，整体呈现蜂窝形状，在波浪作用在迎流消浪面 时，能够将整体波浪进行分解破碎，每一个圆管入口负责减弱破碎它自身所在范围的波浪，采用由整化零的方式消波，并且将水流导入装置后方；该消波面采用倾斜状能够由上向下层层减弱波浪，同时，在下部顺畅导流。在试验时，由水泵(10)驱动整个装置水体的流动，造波器(1)由变频电机带动造波，波流在水槽内稳定耦合，在水槽末段设置消浪顺流装置(6)，在集水平水器(12)内进行水体的交换及维持水体稳定，整个装置能够保证试验的顺利进行。

Claims (4)

1.一种可控波浪耦合发生及循环装置，其特征在于：造波器呈现为侧面为三角形，整体为三棱柱的形状；造波器垂直面的两侧靠近水槽入流壁处，设置两条可卡在水槽内的丝杠，在水槽的壁面上设置用于卡住造波器上面丝杠的丝母，以保证造波器能上下运动，同时，保证该造波器的下边缘不触及出流口处的平顺水流器；造波器由变频电机带动，通过造波器的铰接，促使造波器在水槽中上下运动；造波器在水中的倾斜面为压波面，压波面上下运动压动水面产生波浪，根据输入的电机的频率控制造波的频率，从而产生不同周期的波浪；压波面为可调节面，即可控制其与垂直面的角度，来调节压波面的大小，从而能产生不同波长的波浪；造波器设置在水流入口的上方，水槽内水体流动表现为上部造波，下部入流。

2.根据权利要求1所述的一种可控波浪耦合发生及循环装置，其特征在于：水槽入流处前方，存在一段与水槽延伸方向一致的管道，并保持水平状态，在水槽水流入口处，设置层格状平流器，保证流入水槽的水流为水平顺流状态；同时，在水流出口处也设置一段水平状态的管道，防止出现气液混杂喷涌现象。

3.根据权利要求1所述的一种可控波浪耦合发生及循环装置，其特征在于：在水流出口处设置空洞状消浪顺流装置，整体呈现为蜂窝的形状，迎流消波面为倾斜状，出流面为垂直状。

4.根据权利要求1所述的一种可控波浪耦合发生及循环装置，其特征在于：在入流管道处设置离心泵、控制阀和记流计；出流管道上设置离心泵和控制阀；入流管道的控制阀和离心泵用于控制水流的流量、流速，记流计用于观察流入水槽的流量，以便对入流进行控制；出流管道上设置离心泵和控制阀，主要用于防止出现水流流量过大时出流缓慢而造成水流囤积现象以及水流流量较小时水流流出过快的现象。