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(shí)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(gè)內(nèi)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(yàn)水槽的兩側(cè)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(shè)置記流計(jì)、離心泵及閥門，如此，可采用主動(dòng)方式控制整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)水流的流動(dòng)。在水槽出流處設(shè)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(dòng)水面產(chǎn)生，水流在造波器下方流入水槽，可促使浪流穩(wěn)定耦合?？傊撗b置可在水槽中產(chǎn)生不同周期和波長(zhǎng)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(dòng)強(qiáng)度，為越來越復(fù)雜的試驗(yàn)提供了良好的波浪耦合技術(shù)手段。
【專利說明】
可控浪流耦合發(fā)生及循環(huán)裝置
技術(shù)領(lǐng)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(shí)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(dòng)力模擬試驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著海洋事業(yè)的不斷發(fā)展，人類逐漸意識(shí)到海洋的重要性，并開始對(duì)海洋進(jìn)行開發(fā)利用。然而，由于海洋環(huán)境的復(fù)雜性以及人類試驗(yàn)條件的各種限制，現(xiàn)在，人們很難直接在海洋上進(jìn)行調(diào)研及實(shí)驗(yàn)，因此，在對(duì)海洋的研究中，多采用試驗(yàn)水槽在室內(nèi)進(jìn)行對(duì)海洋環(huán)境的模擬，然后，通過時(shí)間比尺，速度比尺進(jìn)行的轉(zhuǎn)換，從而，預(yù)測(cè)真實(shí)的海洋環(huán)境。在此基礎(chǔ)上，再進(jìn)行各種海洋試驗(yàn)?zāi)M，比如海底管線的沖刷，海洋環(huán)境檢測(cè)，海洋能裝置發(fā)電等。因此，在海洋開發(fā)中，室內(nèi)水槽試驗(yàn)起著舉足輕重的作用，它能在耗費(fèi)較小的財(cái)力及精力的情況下，對(duì)海洋開發(fā)提供充足的科學(xué)依據(jù)。
[0003]現(xiàn)在能夠產(chǎn)生浪流的室內(nèi)海洋動(dòng)力模擬裝置都是由造波和造流系統(tǒng)組成，兩者同時(shí)作用于水槽中的水體，產(chǎn)生相應(yīng)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(yàn)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(shí)作用時(shí)，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(dǎo)致其模擬與海洋環(huán)境水動(dòng)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(gè)水槽內(nèi)的水流都會(huì)有一定的回流，此造波方法達(dá)到了造波的形式，但是干擾了整個(gè)水體。
[0006]在消波裝置的設(shè)置上，有些試驗(yàn)水槽把該裝置為運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，雖然能夠達(dá)到較好的消波效果，但是與實(shí)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(dá)到較好的消波效果，允許有一定的回流，而不是運(yùn)動(dòng)時(shí)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(jìn)入管道，從而使管道內(nèi)的水流不暢，同時(shí)，在入流時(shí)會(huì)出現(xiàn)水氣兩項(xiàng)流。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]為了克服現(xiàn)有模擬裝置不能充分模擬海洋水動(dòng)力環(huán)境以及設(shè)計(jì)上的弊端，達(dá)到能在試驗(yàn)水槽中使水流和波浪能夠順暢流動(dòng)和傳播以及使波浪和水流穩(wěn)定耦合的效果，本實(shí)用新型提供了一種優(yōu)化的試驗(yàn)水槽結(jié)構(gòu)裝置，使其盡可能的模擬出真實(shí)的海洋水動(dòng)力環(huán)境，減少外在不必要因素的影響，同時(shí)，達(dá)到了人工控制水流流速和波浪產(chǎn)生的目的。
[0009]本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:造波器的側(cè)面為三角形、整體為三棱柱形狀，造波器的垂直面的兩側(cè)貼近水槽的入流壁，在此入流壁處設(shè)置兩條可卡在水槽內(nèi)的絲杠，在水槽的壁面上設(shè)置用于卡住造波器上面絲杠的絲母，保證造波器能上下運(yùn)動(dòng)，同時(shí)保證該造波器的下邊緣不觸及出流口處的平順?biāo)髌?造波器由變頻電機(jī)帶動(dòng)，通過造波器的鉸接，促使造波器在水槽中上下運(yùn)動(dòng);造波器的傾斜面為壓波面。造波裝置的壓波面上下運(yùn)動(dòng)壓動(dòng)水面，產(chǎn)生波浪，通過調(diào)節(jié)壓波面的大小以及帶動(dòng)造波裝置的電機(jī)的頻率產(chǎn)生不同波長(zhǎng)及周期的波。壓波面為可調(diào)節(jié)面，即可控制其與垂直面的角度，來調(diào)節(jié)壓波面的大小，從而能產(chǎn)生不同波長(zhǎng)的波浪;造波器設(shè)置在水流入口的上方，水槽內(nèi)水體流動(dòng)表現(xiàn)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(shí)氣液混雜噴涌現(xiàn)象的發(fā)生。
[0011]在水槽水流入口處，設(shè)置層格狀平流器，該裝置由相同的水平板層層架構(gòu)而成，每塊水平板中存在多個(gè)長(zhǎng)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(jìn)入水槽的水流，減弱由于水流進(jìn)入水槽時(shí)突然擴(kuò)張產(chǎn)生的水流紊動(dòng)強(qiáng)度。
[0012]水槽出流處設(shè)置空洞蜂窩狀的消波順流裝置，該裝置由貫穿的管狀結(jié)構(gòu)組合而成，整體呈現(xiàn)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?qū)訉酉?，下部平順?biāo)鳒p少出流對(duì)整個(gè)水槽內(nèi)水體流動(dòng)的影響，也有利于水體的循環(huán)。
[0013]在入流管道處設(shè)置離心栗、控制閥和記流計(jì)，該處離心栗和控制閥來控制流入水槽內(nèi)的水體流速及流量，記流計(jì)能夠觀察并實(shí)時(shí)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(dòng)控制。出流管道上設(shè)置離心栗和控制閥，主要用于防止出現(xiàn)水流流量過大時(shí)出流緩慢而造成水流囤積現(xiàn)象以及水流流量較小時(shí)水流流出過快的現(xiàn)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(jié)構(gòu)，能夠減少水平占地面積。
[0014]本實(shí)用新型的工作原理是:造波器的側(cè)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(shè)置鉸接裝置，以便與變頻電機(jī)連接;在造波器的垂直面的兩側(cè)靠近水槽入流壁處設(shè)置兩條可卡在水槽內(nèi)的絲杠，在水槽的壁面上設(shè)置用于卡住造波器上面絲杠的絲母，同時(shí)保證該造波器的下邊緣不觸及出流口處的平順?biāo)髌?造波器的傾斜面為造波板，造波器由變頻電機(jī)帶動(dòng)上下運(yùn)動(dòng)，此時(shí)造波板上下壓動(dòng)水面產(chǎn)生波浪，波浪的波長(zhǎng)根據(jù)造波板的長(zhǎng)度和與傾斜程度進(jìn)行調(diào)節(jié)，造波板與造波器垂直面的角度越小，波浪波長(zhǎng)越短;波浪的周期與造波器上下運(yùn)動(dòng)頻率相關(guān)，造波器運(yùn)動(dòng)頻率越高，造出的波浪的周期越小。
[0015]在水流充分進(jìn)入水槽之前要保證水流的平順，而不能在水流在進(jìn)入水槽時(shí)出現(xiàn)突然噴涌的情況，為此，在水流入口處造波器的下方設(shè)置層格狀平流器，起到緩流順流作用，減少因?yàn)槿肓鞑痪鶆驅(qū)λ蹆?nèi)整體流動(dòng)的擾動(dòng)。此設(shè)置，保證了在水槽內(nèi)上部造波下部造流，達(dá)到波流耦合穩(wěn)定的狀態(tài)。
[0016]在水槽水流的出口處，設(shè)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(gè)裝置由貫通的管狀結(jié)構(gòu)組成，整體呈現(xiàn)蜂窩形狀，這種設(shè)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(shí)，能夠?qū)⒄w波浪進(jìn)行分解破碎，每一個(gè)圓管入口負(fù)責(zé)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(dǎo)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(shí)，在下部順暢導(dǎo)流。
[0017]在水槽的入流和出流處分別設(shè)置一段水平的管道，在入流處的水平管道能夠保證進(jìn)入水槽之前的水流為水平順暢狀態(tài)，減少水流的紊動(dòng)對(duì)試驗(yàn)造成的影響。在出口處設(shè)置一段水平管道，最大限度內(nèi)減少水槽出流時(shí)由于混入的空氣造成的管涌、管堵現(xiàn)象，同時(shí)，減少水流反射對(duì)水槽內(nèi)的水體造成的影響。總之，該水平管道的作用為保證水槽內(nèi)的入流出流時(shí)，不對(duì)水槽內(nèi)的水體造成較大影響。
[0018]在水槽入流管道上安裝計(jì)流器，水栗及閥門，計(jì)流器能夠直觀的觀察入流的流量或流速，同時(shí)，通過對(duì)水栗及閥門的調(diào)整，得到實(shí)驗(yàn)需要的流速，能夠人為主觀的控制實(shí)驗(yàn)條件，大大提高了試驗(yàn)效率。在水槽出流管道上設(shè)置水栗和閥門，目的為了維持整體水流的穩(wěn)定流動(dòng)，防止出現(xiàn)出流流量和入流流量不均衡造成水槽內(nèi)水體增加或減少的狀況。
[0019]在水槽的下方設(shè)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(fèi)，在試驗(yàn)完畢后可將水存儲(chǔ)在該裝置內(nèi)，以便下次利用；二、在水槽出流時(shí)，難免會(huì)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(shí)能夠?qū)怏w排放出去，減少空氣造成的影響。
[0020]本實(shí)用新型的有益效果是:該裝置能夠產(chǎn)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(shí)的紊動(dòng)強(qiáng)度，能夠模擬出復(fù)雜的水動(dòng)力環(huán)境，為海洋水動(dòng)力試驗(yàn)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(yàn)中有很高的價(jià)值。
【附圖說明】
[0021]下面結(jié)合附圖和實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。
[0022]圖1是本實(shí)用新型裝置立體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖2是本實(shí)用新型造波裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖3是本實(shí)用新型順流消波裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖中:1.造波器;2.造波板;3.試驗(yàn)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(jì)流器;12.平水集水器;13.通氣進(jìn)水出水孔；14.水槽進(jìn)水口； 15.水槽出水口； 16.電動(dòng)機(jī)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(shí)施方式】
[0026]在圖1中，試驗(yàn)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(gè)循環(huán)回路。在試驗(yàn)之前，通過平水集水器(12)上面的通氣進(jìn)水出水孔(13)注入試驗(yàn)需要的水體，同時(shí)，該孔在試驗(yàn)時(shí)排除水體在水槽出流時(shí)摻入的空氣，防止再此進(jìn)入水槽。在水槽入流管路(7)上設(shè)置閥門(9)和水栗(10)用來控制進(jìn)入水槽的流量，設(shè)置計(jì)流器(11)用來觀察進(jìn)入水槽的流量，以便能夠根據(jù)實(shí)際需要調(diào)節(jié)閥門(9)和水栗(10)。在水槽出流管道(8)上設(shè)置閥門(9)和水栗(10)主要是為了防止出現(xiàn)水槽內(nèi)水體的進(jìn)入和流出的流量不均衡，從而能夠調(diào)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(shè)置一段水平狀態(tài)的管道，為了對(duì)水流進(jìn)行過渡，防止水流在進(jìn)水出水時(shí)出現(xiàn)紊動(dòng)強(qiáng)度較大的現(xiàn)象。在水槽進(jìn)水口(14)處設(shè)置層格狀平流器(5)，進(jìn)一步平順?biāo)?，同時(shí)為波浪水流穩(wěn)定耦合打下基礎(chǔ)，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(shè)置鉸接裝置，以便與變頻電機(jī)連接;在造波器的垂直面的兩側(cè)靠近水槽入流壁處設(shè)置兩條可卡在水槽內(nèi)的絲杠(4)，在水槽的壁面上設(shè)置用于卡住造波器上面絲杠的絲母，同時(shí)，保證該造波器的下邊緣不觸及出流口處的平順?biāo)髌?12);造波器傾斜面為造波板(19)，造波器由變頻電機(jī)帶動(dòng)上下運(yùn)動(dòng)，此時(shí)造波板(19)上下壓動(dòng)水面產(chǎn)生波浪，波浪的波長(zhǎng)根據(jù)造波板的長(zhǎng)度和與傾斜程度進(jìn)行調(diào)節(jié)，造波板與造波器垂直面的角度越小，波浪波長(zhǎng)越短;波浪的周期與造波器上下運(yùn)動(dòng)頻率相關(guān)，造波器運(yùn)動(dòng)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(gè)裝置由貫通的管狀結(jié)構(gòu)組成，整體呈現(xiàn)蜂窩形狀，在波浪作用在迎流消浪面時(shí)，能夠?qū)⒄w波浪進(jìn)行分解破碎，每一個(gè)圓管入口負(fù)責(zé)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(dǎo)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(shí)，在下部順暢導(dǎo)流。在試驗(yàn)時(shí)，由水栗(10)驅(qū)動(dòng)整個(gè)裝置水體的流動(dòng)，造波器
(I)由變頻電機(jī)帶動(dòng)造波，波流在水槽內(nèi)穩(wěn)定耦合，在水槽末段設(shè)置消浪順流裝置(6)，在集水平水器(12)內(nèi)進(jìn)行水體的交換及維持水體穩(wěn)定，整個(gè)裝置能夠保證試驗(yàn)的順利進(jìn)行。
【主權(quán)項(xiàng)】
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(xiàn)為側(cè)面為三角形，整體為三棱柱的形狀;造波器垂直面的兩側(cè)靠近水槽入流壁處，設(shè)置兩條可卡在水槽內(nèi)的絲杠，在水槽的壁面上設(shè)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(yùn)動(dòng)，同時(shí)，保證該造波器的下邊緣不觸及出流口處的平順?biāo)髌?造波器由變頻電機(jī)帶動(dòng)，通過造波器的鉸接，促使造波器在水槽中上下運(yùn)動(dòng);造波器在水中的傾斜面為壓波面，壓波面上下運(yùn)動(dòng)壓動(dòng)水面產(chǎn)生波浪，根據(jù)輸入的電機(jī)的頻率控制造波的頻率，從而產(chǎn)生不同周期的波浪;壓波面為可調(diào)節(jié)面，即可控制其與垂直面的角度，來調(diào)節(jié)壓波面的大小，從而能產(chǎn)生不同波長(zhǎng)的波浪;造波器設(shè)置在水流入口的上方，水槽內(nèi)水體流動(dòng)表現(xiàn)為上部造波，下部入流。2.根據(jù)權(quán)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(shè)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(shí)，在水流出口處也設(shè)置一段水平狀態(tài)的管道，防止出現(xiàn)氣液混雜噴涌現(xiàn)象。3.根據(jù)權(quán)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(shè)置空洞狀消浪順流裝置，整體呈現(xiàn)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(jù)權(quán)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(shè)置離心栗、控制閥和記流計(jì)；出流管道上設(shè)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(jì)用于觀察流入水槽的流量，以便對(duì)入流進(jìn)行控制；出流管道上設(shè)置離心栗和控制閥，主要用于防止出現(xiàn)水流流量過大時(shí)出流緩慢而造成水流囤積現(xiàn)象以及水流流量較小時(shí)水流流出過快的現(xiàn)象。
【文檔編號(hào)】G01M10/00GK205538155SQ201620234292
【公開日】2016年8月31日
【申請(qǐng)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(qǐng)人】中國(guó)海洋大學(xué)