可控浪流耦合發(fā)生及循環(huán)裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種可控浪流耦合發(fā)生及循環(huán)裝置，該裝置形成了一個內部連通封閉、水流循環(huán)利用、波流耦合良好的回路系統(tǒng)。試驗水槽的兩側由循環(huán)管道連入水槽下方的集水平水器，在循環(huán)管道上設置記流計、離心泵及閥門，如此，可采用主動方式控制整個系統(tǒng)內水流的流動。在水槽出流處設置消浪順流裝置。波浪由一座整體為三棱柱形狀的造波器通過傾斜的造波板壓動水面產生，水流在造波器下方流入水槽，可促使浪流穩(wěn)定耦合?？傊?，該裝置可在水槽中產生不同周期和波長的波浪，不同流速的水流，并且最大程度上減少了浪流耦合雜亂且相互影響的狀況，較好地消浪順流，減少水流紊動強度，為越來越復雜的試驗提供了良好的波浪耦合技術手段。
【專利說明】
可控浪流耦合發(fā)生及循環(huán)裝置
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及一種可控浪流耦合發(fā)生及循環(huán)裝置，能夠更為真實地模擬海洋環(huán)境條件，特別是能夠最大限度的減少了浪流耦合混亂而造成水流震蕩的情況，屬于海洋環(huán)境動力模擬試驗技術領域。
【背景技術】
[0002]隨著海洋事業(yè)的不斷發(fā)展，人類逐漸意識到海洋的重要性，并開始對海洋進行開發(fā)利用。然而，由于海洋環(huán)境的復雜性以及人類試驗條件的各種限制，現在，人們很難直接在海洋上進行調研及實驗，因此，在對海洋的研究中，多采用試驗水槽在室內進行對海洋環(huán)境的模擬，然后，通過時間比尺，速度比尺進行的轉換，從而，預測真實的海洋環(huán)境。在此基礎上，再進行各種海洋試驗模擬，比如海底管線的沖刷，海洋環(huán)境檢測，海洋能裝置發(fā)電等。因此，在海洋開發(fā)中，室內水槽試驗起著舉足輕重的作用，它能在耗費較小的財力及精力的情況下，對海洋開發(fā)提供充足的科學依據。
[0003]現在能夠產生浪流的室內海洋動力模擬裝置都是由造波和造流系統(tǒng)組成，兩者同時作用于水槽中的水體，產生相應的流及浪。但是，造波造流形式，波流相互影響程度，水體循環(huán)程度不盡相同。
[0004]有些試驗水槽直接將水流入口放置在造波板的前方出流，在造流造波兩者同時作用時，水流在入口方向垂直上涌，而造波板水平平推，兩種不同形式的擾流模式直接導致其模擬與海洋環(huán)境水動力狀態(tài)存在差別，特別是在大流速情況下，這種擾流更加明顯。
[0005]如今大部分造波采用平推方式，在造波板推出去和回來的過程中，整個水槽內的水流都會有一定的回流，此造波方法達到了造波的形式，但是干擾了整個水體。
[0006]在消波裝置的設置上，有些試驗水槽把該裝置為運動狀態(tài)，雖然能夠達到較好的消波效果，但是與實際情況相差較大，在海洋環(huán)境中消波裝置最為常見的為消波堤，在固定狀態(tài)下達到較好的消波效果，允許有一定的回流，而不是運動時的消波狀態(tài)。
[0007]在循環(huán)水槽系統(tǒng)中，如果把管道和水槽直接做成閉路的話，在水流出口處極易造成水氣混摻進入管道，從而使管道內的水流不暢，同時，在入流時會出現水氣兩項流。

【發(fā)明內容】

[0008]為了克服現有模擬裝置不能充分模擬海洋水動力環(huán)境以及設計上的弊端，達到能在試驗水槽中使水流和波浪能夠順暢流動和傳播以及使波浪和水流穩(wěn)定耦合的效果，本實用新型提供了一種優(yōu)化的試驗水槽結構裝置，使其盡可能的模擬出真實的海洋水動力環(huán)境，減少外在不必要因素的影響，同時，達到了人工控制水流流速和波浪產生的目的。
[0009]本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是:造波器的側面為三角形、整體為三棱柱形狀，造波器的垂直面的兩側貼近水槽的入流壁，在此入流壁處設置兩條可卡在水槽內的絲杠，在水槽的壁面上設置用于卡住造波器上面絲杠的絲母，保證造波器能上下運動，同時保證該造波器的下邊緣不觸及出流口處的平順水流器;造波器由變頻電機帶動，通過造波器的鉸接，促使造波器在水槽中上下運動;造波器的傾斜面為壓波面。造波裝置的壓波面上下運動壓動水面，產生波浪，通過調節(jié)壓波面的大小以及帶動造波裝置的電機的頻率產生不同波長及周期的波。壓波面為可調節(jié)面，即可控制其與垂直面的角度，來調節(jié)壓波面的大小，從而能產生不同波長的波浪;造波器設置在水流入口的上方，水槽內水體流動表現為上部造波，下部入流。
[0010]在水槽入流處前方及水槽出流處后方，各存在一段與水槽延伸方向一致的水流管道，并保持水平狀態(tài)，前方管道能夠保證流入水槽的水流為水平順流狀態(tài)，后方管道能夠減少出流時氣液混雜噴涌現象的發(fā)生。
[0011]在水槽水流入口處，設置層格狀平流器，該裝置由相同的水平板層層架構而成，每塊水平板中存在多個長方形的鏤空孔，并排列整齊，水平板的孔隙率大約為百分之四十。該裝置能夠平順進入水槽的水流，減弱由于水流進入水槽時突然擴張產生的水流紊動強度。
[0012]水槽出流處設置空洞蜂窩狀的消波順流裝置，該裝置由貫穿的管狀結構組合而成，整體呈現為蜂窩的狀態(tài)，迎流消波面為傾斜狀，出流面為垂直狀。該裝置能夠層層消波，下部平順水流減少出流對整個水槽內水體流動的影響，也有利于水體的循環(huán)。
[0013]在入流管道處設置離心栗、控制閥和記流計，該處離心栗和控制閥來控制流入水槽內的水體流速及流量，記流計能夠觀察并實時監(jiān)控水體的流速流量情況，保證了流入水槽的水體能夠人為主動控制。出流管道上設置離心栗和控制閥，主要用于防止出現水流流量過大時出流緩慢而造成水流囤積現象以及水流流量較小時水流流出過快的現象。該可控浪流耦合發(fā)生及循環(huán)裝置系統(tǒng)裝置，整體為垂直結構，能夠減少水平占地面積。
[0014]本實用新型的工作原理是:造波器的側面為三角形、整體為棱柱形狀，造波器的垂直面貼近水槽的入流面，頂部水平面設置鉸接裝置，以便與變頻電機連接;在造波器的垂直面的兩側靠近水槽入流壁處設置兩條可卡在水槽內的絲杠，在水槽的壁面上設置用于卡住造波器上面絲杠的絲母，同時保證該造波器的下邊緣不觸及出流口處的平順水流器;造波器的傾斜面為造波板，造波器由變頻電機帶動上下運動，此時造波板上下壓動水面產生波浪，波浪的波長根據造波板的長度和與傾斜程度進行調節(jié)，造波板與造波器垂直面的角度越小，波浪波長越短;波浪的周期與造波器上下運動頻率相關，造波器運動頻率越高，造出的波浪的周期越小。
[0015]在水流充分進入水槽之前要保證水流的平順，而不能在水流在進入水槽時出現突然噴涌的情況，為此，在水流入口處造波器的下方設置層格狀平流器，起到緩流順流作用，減少因為入流不均勻對水槽內整體流動的擾動。此設置，保證了在水槽內上部造波下部造流，達到波流耦合穩(wěn)定的狀態(tài)。
[0016]在水槽水流的出口處，設置消波順流裝置，該裝置的迎流消浪面為傾斜狀，出流面為垂直面，整個裝置由貫通的管狀結構組成，整體呈現蜂窩形狀，這種設置在消浪順流方面的作用在于，一:在波浪作用在迎流消浪面時，能夠將整體波浪進行分解破碎，每一個圓管入口負責減弱破碎它自身所在范圍的波浪，采用由整化零的方式消波，并且將水流導入裝置后方;二:該消波面采用傾斜狀能夠由上向下層層減弱波浪，同時，在下部順暢導流。
[0017]在水槽的入流和出流處分別設置一段水平的管道，在入流處的水平管道能夠保證進入水槽之前的水流為水平順暢狀態(tài)，減少水流的紊動對試驗造成的影響。在出口處設置一段水平管道，最大限度內減少水槽出流時由于混入的空氣造成的管涌、管堵現象，同時，減少水流反射對水槽內的水體造成的影響?？傊?，該水平管道的作用為保證水槽內的入流出流時，不對水槽內的水體造成較大影響。
[0018]在水槽入流管道上安裝計流器，水栗及閥門，計流器能夠直觀的觀察入流的流量或流速，同時，通過對水栗及閥門的調整，得到實驗需要的流速，能夠人為主觀的控制實驗條件，大大提高了試驗效率。在水槽出流管道上設置水栗和閥門，目的為了維持整體水流的穩(wěn)定流動，防止出現出流流量和入流流量不均衡造成水槽內水體增加或減少的狀況。
[0019]在水槽的下方設置集水平水器，該裝置上方有通氣孔，并通過兩條管道與水槽相連，該裝置的作用如下，一、能夠保證水體的循環(huán)利用，減少浪費，在試驗完畢后可將水存儲在該裝置內，以便下次利用；二、在水槽出流時，難免會有空氣混入流體，形成氣液兩相流，不利于流體的循環(huán)，在通過此裝置時能夠將氣體排放出去，減少空氣造成的影響。
[0020]本實用新型的有益效果是:該裝置能夠產生不同周期和頻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，減少了兩者共同作用時的紊動強度，能夠模擬出復雜的水動力環(huán)境，為海洋水動力試驗提供了良好的條件，使模擬環(huán)境更為真是可靠，在科研試驗中有很高的價值。
【附圖說明】
[0021]下面結合附圖和實施方式對本實用新型進一步說明。
[0022]圖1是本實用新型裝置立體結構示意圖。
[0023]圖2是本實用新型造波裝置結構示意圖。
[0024]圖3是本實用新型順流消波裝置結構示意圖。
[0025]圖中:1.造波器;2.造波板;3.試驗水槽;4.絲杠;5.層格狀平流器;6.消浪順流裝置;7.水槽入流管道;8.水槽出流管道;9.閥門；10.水栗；11.計流器;12.平水集水器;13.通氣進水出水孔；14.水槽進水口； 15.水槽出水口； 16.電動機組；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。
【具體實施方式】
[0026]在圖1中，試驗水槽(3)與平水集水器(12)通過兩端水流管道(7)和(8)串聯(lián)在一起，形成一個循環(huán)回路。在試驗之前，通過平水集水器(12)上面的通氣進水出水孔(13)注入試驗需要的水體，同時，該孔在試驗時排除水體在水槽出流時摻入的空氣，防止再此進入水槽。在水槽入流管路(7)上設置閥門(9)和水栗(10)用來控制進入水槽的流量，設置計流器(11)用來觀察進入水槽的流量，以便能夠根據實際需要調節(jié)閥門(9)和水栗(10)。在水槽出流管道(8)上設置閥門(9)和水栗(10)主要是為了防止出現水槽內水體的進入和流出的流量不均衡，從而能夠調節(jié)出流流量，使水體穩(wěn)定平衡。在水槽入流管道(7)及水槽出流管道
(8)和水槽連接處，都設置一段水平狀態(tài)的管道，為了對水流進行過渡，防止水流在進水出水時出現紊動強度較大的現象。在水槽進水口(14)處設置層格狀平流器(5)，進一步平順水流，同時為波浪水流穩(wěn)定耦合打下基礎，更好的模擬海洋環(huán)境。
[0027]圖2中為造波器(I)，整體就三角棱柱型，造波器垂直面(17)貼近水槽的入流面
(18)，頂部水平面設置鉸接裝置，以便與變頻電機連接;在造波器的垂直面的兩側靠近水槽入流壁處設置兩條可卡在水槽內的絲杠(4)，在水槽的壁面上設置用于卡住造波器上面絲杠的絲母，同時，保證該造波器的下邊緣不觸及出流口處的平順水流器(12);造波器傾斜面為造波板(19)，造波器由變頻電機帶動上下運動，此時造波板(19)上下壓動水面產生波浪，波浪的波長根據造波板的長度和與傾斜程度進行調節(jié)，造波板與造波器垂直面的角度越小，波浪波長越短;波浪的周期與造波器上下運動頻率相關，造波器運動頻率越高，造出的波浪的周期越小。
[0028]圖3為消浪順流裝置(6)，該裝置的迎流消浪面(20)為傾斜狀，出流面(21)為垂直面，整個裝置由貫通的管狀結構組成，整體呈現蜂窩形狀，在波浪作用在迎流消浪面時，能夠將整體波浪進行分解破碎，每一個圓管入口負責減弱破碎它自身所在范圍的波浪，采用由整化零的方式消波，并且將水流導入裝置后方;該消波面采用傾斜狀能夠由上向下層層減弱波浪，同時，在下部順暢導流。在試驗時，由水栗(10)驅動整個裝置水體的流動，造波器
(I)由變頻電機帶動造波，波流在水槽內穩(wěn)定耦合，在水槽末段設置消浪順流裝置(6)，在集水平水器(12)內進行水體的交換及維持水體穩(wěn)定，整個裝置能夠保證試驗的順利進行。
【主權項】
1.一種可控波浪耦合發(fā)生及循環(huán)裝置，其特征在于:造波器呈現為側面為三角形，整體為三棱柱的形狀;造波器垂直面的兩側靠近水槽入流壁處，設置兩條可卡在水槽內的絲杠，在水槽的壁面上設置用于卡住造波器上面絲杠的絲母，以保證造波器能上下運動，同時，保證該造波器的下邊緣不觸及出流口處的平順水流器;造波器由變頻電機帶動，通過造波器的鉸接，促使造波器在水槽中上下運動;造波器在水中的傾斜面為壓波面，壓波面上下運動壓動水面產生波浪，根據輸入的電機的頻率控制造波的頻率，從而產生不同周期的波浪;壓波面為可調節(jié)面，即可控制其與垂直面的角度，來調節(jié)壓波面的大小，從而能產生不同波長的波浪;造波器設置在水流入口的上方，水槽內水體流動表現為上部造波，下部入流。2.根據權利要求1所述的一種可控波浪耦合發(fā)生及循環(huán)裝置，其特征在于:水槽入流處前方，存在一段與水槽延伸方向一致的管道，并保持水平狀態(tài)，在水槽水流入口處，設置層格狀平流器，保證流入水槽的水流為水平順流狀態(tài)；同時，在水流出口處也設置一段水平狀態(tài)的管道，防止出現氣液混雜噴涌現象。3.根據權利要求1所述的一種可控波浪耦合發(fā)生及循環(huán)裝置，其特征在于:在水流出口處設置空洞狀消浪順流裝置，整體呈現為蜂窩的形狀，迎流消波面為傾斜狀，出流面為垂直狀。4.根據權利要求1所述的一種可控波浪耦合發(fā)生及循環(huán)裝置，其特征在于:在入流管道處設置離心栗、控制閥和記流計；出流管道上設置離心栗和控制閥;入流管道的控制閥和離心栗用于控制水流的流量、流速，記流計用于觀察流入水槽的流量，以便對入流進行控制；出流管道上設置離心栗和控制閥，主要用于防止出現水流流量過大時出流緩慢而造成水流囤積現象以及水流流量較小時水流流出過快的現象。
【文檔編號】G01M10/00GK205538155SQ201620234292
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年3月25日
【發(fā)明人】趙恩金, 劉文沛, 拾兵, 黃修筠, 于冬, 張靖, 楊少鵬
【申請人】中國海洋大學