[发明专利]一种可连续进行内孤立波实验的装置及方法

说明书

本发明公开了一种可连续进行内孤立波实验的装置及方法。它包括实验水槽，储水箱，位于实验水槽和储水箱之间的导轨，在导轨上可移动的尾门板以及与尾门板铰接的多孔消波板。所述尾门板中心镂空，内置滑轨；所述滑轨上装有滑块，滑块上装有一列CT探头，用于探测密度剖面，确定混合层厚度；半潜体与所述滑块铰接，使得滑块可随着半潜体自由地上下滑动。所述半潜体内通有一根细管，与实验水槽外的小流量蠕动泵相连，所述蠕动泵、CT探头均与微电脑相连。本发明装置设计新颖，操作简单，整体性好。通过该装置增加试验中每次获得层结水体后可模拟内孤立波运动及破碎的实验次数，成功地实现了持续进行内孤立波实验的目的。

技术领域

本发明涉及海洋科学与工程模型试验领域，具体涉及一种可连续进行内孤立波实验的装置及方法。

背景技术

内波，是发生在层结海洋中的一种十分普遍的波动现象。内波从生成到破碎的过程引起的跨越等密度面混合，对海洋水体交换、营养盐的输运、维持深海环流结构起着重要的作用。陆架上内波生成问题的研究对于大陆架上环境要素的分布、海洋工程和水下航行活动都具有十分重要的意义。深海中的内波引起混合的机理复杂，受到海底地形特征、地理纬度以及层结程度等多种因素的影响。内孤立波是内波的一种，它的振幅更大，非线性也更强，其对结构物的损害也更剧烈。

内孤立波现有现场观测、实验室模拟、数值模拟和理论解析等研究方法。其中，实验室模拟双层流体情况下的内孤立波多采用“塌陷法”造波。所谓“塌陷法”即在得到分层流体之后，在水槽的一端插入挡板而在下方留下较大空隙，而后向挡板内缓慢地加入上层流体，将挡板内的下层流体通过下方空隙挤出挡板内，从而使得挡板内外的流体存在一个高度差。在抽出挡板后，在重力的作用下即会发生重力塌陷而形成下凹型内孤立波。

若想要得到上凸型内孤立波，则使用挡板将挡板内的区域完全隔绝，抽出上层流体后加入下层流体。这种造波方法操作简单，且只要控制塌陷高度，实验就有可重复性，现有的很多内孤立波实验都是采用这种方法造波。但是这种方法在进行大振幅内孤立波的模拟时会存在水位上升的问题。根据上述的方法，每次造波都需要向挡板内侧加入一定量的上层水。

在一个10m长的水槽中，挡板距离水槽侧边为30cm左右，而进行一次塌陷高度为11cm的实验会使得总水位上升0.33cm，这会改变上下层水体的高度比例，从而影响实验结果。且在使用盐度分层的实验中，随着实验的进行，内孤立波发生耗散时会使得上下层水体发生混合，使得两层水体之间的混合层加厚，即介于上下层水体密度的水的体积增加，这同样会影响实验结果。

一般实验中解决上述问题的方法就是每次实验进行较少的工况，从而减少这两种现象对实验结果的影响。但是由于内孤立波发生耗散时的特性，其发生混合的区域多位于混合层附近，而远离混合层的水体其密度剖面很少发生变化。因此理论上只要在实验中设法减少混合层厚度以及保持水位恒定即可实现内孤立波实验的持续进行。基于此设想了一种可以持续进行内孤立波实验的装置及方法。

发明内容

本发明克服了现有技术中的不足，提供了一种可以持续进行内孤立波实验的装置及方法。该试验系统结构简单，操作方便；能保持水槽内水位恒定且能够完成在实验中降低混合层厚度的操作；能提高内波实验的实验效率，且降低大量人力成本。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

本发明的一方面提供了一种可连续进行内孤立波实验的装置，它包括实验水槽，储水箱，位于实验水槽和储水箱之间的导轨，在导轨上可移动的尾门板以及与尾门板铰接的多孔消波板。

所述尾门板中心镂空，内置滑轨；所述滑轨上装有滑块，滑块上装有一列CT探头，用于探测密度剖面，确定混合层厚度；半潜体与所述滑块铰接，使得滑块可随着半潜体自由地上下滑动。

所述半潜体内通有一根细管，与实验水槽外的小流量蠕动泵相连，所述蠕动泵、CT探头均与微电脑相连。