[发明专利]一种高效的实验波浪水槽共振消波装置及方法

权利要求书

1.一种高效的实验波浪水槽共振消波装置，其特征在于，该装置放置于实验室波浪水槽内，位于水槽末端直壁(F)的前方，包括竖向运动装置(A)、水平运动装置(C)、支撑部件(B)、孔隙材料(D)和矩形箱体(E)；

所述的竖向运动装置(A)包括竖向齿轮(1)、旋转齿轮(2)、摇杆(3)和长条板(8)；竖向齿轮(1)和旋转齿轮(2)相互咬合，旋转齿轮(2)与摇杆(3)固连；连接箱体的长条板(8)固定在竖向齿轮的下端，通过螺钉来连接矩形箱体(E)；转动摇杆(3)，通过旋转齿轮(2)带动竖向齿轮(1)、长条板(8)和矩形箱体(E)同时发生竖向运动；

所述的水平运动装置(C)包括水平轨道(4)和底部滑轮(5)；两条水平轨道(4)对称固定在实验波浪水槽的两个侧壁(H)的横梁上部，为底部滑轮(5)提供运动轨道；

所述的支撑部件(B)包括竖向固定装置(6)、水平固定装置(7)和“门”字型支架(9)，“门”字型支架(9)的横梁上设有凹槽，竖向齿轮(1)和旋转齿轮(2)被限制于凹槽中；水平固定装置(7)为“门”字型支架(9)底端的两个卡爪，用于将支撑部件(B)卡固在水槽侧壁(H)横梁上；竖向固定装置(6)位于“门”字型支架(9)的横梁上，用于夹持竖向齿轮(1)，从而将竖向运动装置(A)固定于“门”字型支架(9)的横梁上；

所述的孔隙材料(D)为多孔金属材料，填充于矩形箱体(E)与水槽末端直壁(F)之间的缝隙中，孔隙材料(D)起到阻尼的作用，来消耗入射波的能量；所述的多孔金属材料为金属丝网或格栅板。

2.根据权利要求1所述的一种高效的实验波浪水槽共振消波装置，其特征在于，所述的矩形箱体(E)的长度L通过具有不同尺寸的标准箱体来组合调节；标准箱体的长度有50cm、20cm、10cm、5cm和1cm的不同规格；标准箱体的宽度比实验水槽的内径小1cm，各标准箱体外侧面粘贴尼龙刷丝材料，以填充标准箱体模块与水槽内壁之间的间隙；标准箱体的高度与实验波浪水槽的高度相同。

3.一种高效的实验波浪水槽共振消波的方法，其特征在于，该方法是基于权利要求1-2任一所述的一种高效的实验波浪水槽共振消波装置实现的，以局部波浪共振和阻尼耗散原理为基础，利用局部空间内波浪响应幅值大和机械能耗散显著的现象来吸收入射波浪的能量，具体步骤如下：

步骤一：确定入射波浪的波浪要素：水深h、波浪频率ω和波高H，根据色散关系式采用迭代法求解出入射波的波长λ；

步骤二：根据入射波浪的波长λ，确定缝隙宽度S；缝隙宽度S的选取按照以下规则进行选取：对于波长参数范围为1.00mλ2.70m的入射波，缝隙宽度S在0.07m～0.10m之间选取；波长参数范围为2.70mλ4.00m的入射波，缝隙宽度S在0.10m～0.15m之间选取；波长参数范围为4.00mλ6.55m的入射波，缝隙宽度S在0.15m～0.20m之间选取；

步骤三：根据入射波浪的波长λ，确定矩形箱体(E)的长度L；矩形箱体(E)的长度L根据下列规则进行选取：对于波长参数范围为1.00mλ2.70m的入射波，长度L在0.01m～1.00m之间选取；波长参数范围为2.70mλ4.00m的入射波，长度L在1.00m～1.50m之间选取；波长参数范围为4.00mλ6.55m的入射波，长度L在1.50m～1.80m之间选取；

步骤四：当缝隙宽度S和矩形箱体(E)的长度L确定后，根据共振条件ω_r≈ω，确定矩形箱体(E)的吃水d；当得到的吃水d大于水深的90％或小于水深的20％时，返回步骤二和步骤三，重新选取缝隙宽度S和矩形箱体(E)的长度L；

步骤五：根据选取好的矩形箱体(E)的长度L、吃水d和缝隙的宽度S，利用阻尼条件，确定出最优阻尼系数μ；

步骤六：以矩形箱体(E)的长度L为基准，选取不同尺寸的标准箱体进行组合，保证所选取的标准箱体的长度总和达到L；通过长条板(8)将矩形箱体(E)固定连接在竖向齿轮(1)上；

步骤七：转动摇杆(3)，通过旋转齿轮(2)带动竖向齿轮(1)、长条板(8)和矩形箱体(E)同时发生竖向运动，调节矩形箱体(E)到步骤四所计算得到的吃水d；然后，通过竖向固定装置(6)将竖向运动装置(A)固定在“门”字型支架(9)上；

步骤八：利用水平运动装置(C)，调节缝隙达到目标宽度S后，通过水平固定装置(7)将支撑部件(B)固定在水槽侧壁(H)的上端；

步骤九：根据最优阻尼系数μ，安装具有合适孔隙率的孔隙材料(D)。