[发明专利]一种高效的实验波浪水槽共振消波装置及方法

说明书

本发明提供了一种高效的实验波浪水槽共振消波装置及方法，属于海洋工程波浪物理模拟技术领域。该装置设置于实验室波浪水槽内，位于水槽末端直壁的前方，包括竖向运动装置、水平运动装置、支撑部件、孔隙材料和矩形箱体，通过竖向运动装置可使矩形箱体发生垂直升降，来调节矩形箱体的吃水。通过水平运动装置，可调节水槽端部缝隙宽度。当将矩形箱体的长度、吃水和缝隙宽度调节到目标值后，矩形箱体通过支撑部件固定在实验水槽中，保证矩形箱体和支撑部件在波浪作用下不发生运动。本消波装置具有安装灵活、便与调整、操作简单等特点。能够在有限长度的实验水槽内，对较宽波频范围的波浪展开实验，尤其是可以开展低频长波实验。

技术领域

本发明属于海洋工程波浪物理模拟技术领域，提出了一种高效的实验波浪水槽共振消波装置及方法。利用共振频率下，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，从而减小水槽或水池末端的反射波波幅，达到消波的目的。

背景技术

目前，海洋工程类实验室中的波浪水槽或波浪水池，大多采用布置人工岸滩或消能网的方法，来减小水槽或水池末端的反射波，以确保实验精度。为了达到良好的消波效果，人工岸滩或消能网的长度一般至少需要一倍以上的入射波波长。而对于低频长波，有效的消波段长度则往往需要几倍的入射波波长。此外，以上两种传统消波装置的消波效果，对波浪参数具有显著的依赖作用，难以在整个实验波频范围内实现对反射波波幅的有效减小(即达到反射系数小于0.1的目标)。传统消波装置具有消波段长和适用波频范围窄的缺点，导致在实验过程中，经常出现无法有效消除反射波的情况，对实验结果产生严重影响。特别是对于一些已经建成的长度不大的实验水槽来说，消除低频长波所需要的过长消波段严重限制了实验工作的有效展开。因此，本发明提出一种高效的消波方法，基于该方法提出了一种消波段长度短、适用波频范围广的消波装置。尤其是其可以有效减小低频长波反射的特性，对确保实验范围和提高实验精确度十分有价值。

发明内容

为了能够在有限长度的实验水槽内，对较宽波频范围的波浪展开实验，尤其是开展低频长波实验，本发明基于共振原理提出了一种高效的实验室消波方法和消波装置。

本发明的技术方案：

一种高效的实验波浪水槽共振消波装置，该装置放置于实验室波浪水槽内，位于水槽末端直壁的前方，如附图1所示。包括竖向运动装置、水平运动装置、支撑部件、孔隙材料和矩形箱体；

所述的竖向运动装置包括竖向齿轮、旋转齿轮、摇杆和长条板；竖向齿轮和旋转齿轮相互咬合，旋转齿轮与摇杆固连；连接箱体的长条板固定在竖向齿轮的下端，通过螺钉来连接矩形箱体；转动摇杆，通过旋转齿轮带动竖向齿轮、长条板和矩形箱体同时发生竖向运动；

所述的水平运动装置包括水平轨道和底部滑轮；两条水平轨道对称固定在实验波浪水槽的两个侧壁的横梁上部，为底部滑轮提供运动轨道；

所述的支撑部件包括竖向固定装置、水平固定装置和“门”字型支架，“门”字型支架的横梁上设有凹槽，竖向齿轮和旋转齿轮被限制于凹槽中；水平固定装置为“门”字型支架底端的两个卡爪，用于将支撑部件卡固在水槽侧壁横梁上；竖向固定装置位于“门”字型支架的横梁上，用于夹持竖向齿轮，从而将竖向运动装置固定于“门”字型支架的横梁上；

所述的孔隙材料为多孔金属材料，填充于矩形箱体与水槽末端直壁之间的缝隙中，孔隙材料起到阻尼的作用，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；

所述的矩形箱体的长度L根据入射波的波浪参数来确定，其长度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等不同规格；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。