本發(fā)明涉及實(shí)驗(yàn)室對波浪環(huán)境的模擬領(lǐng)域，尤其涉及一種波浪水池實(shí)驗(yàn)用的高精度造波裝置。

背景技術(shù)：

1、波浪試驗(yàn)水池是海洋工程領(lǐng)域的重要研究裝備，然而現(xiàn)有的技術(shù)主要采用推波板進(jìn)行造波，功耗大，精度低，末端需要消波裝置，而且往往因?yàn)橄ú粡氐锥斐煞瓷洳?，干擾試驗(yàn)區(qū)域的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

2、現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)室水槽造波裝置，如景強(qiáng)等在中國發(fā)明公開專利cn115898967a公開的“造波機(jī)”包括槽體、動(dòng)力機(jī)構(gòu)、緩沖機(jī)構(gòu)及推波板，所述槽體上設(shè)有容腔，所述動(dòng)力機(jī)構(gòu)包括動(dòng)力源以及傳動(dòng)組件，所述緩沖機(jī)構(gòu)包括安裝板及彈性組件，所述彈性組件包括至少兩個(gè)彈簧，所有所述彈簧均勻分布在所述安裝板上，所述安裝板與所述動(dòng)力機(jī)構(gòu)連接；所述推波板與所述彈性組件連接，所述推波板設(shè)于所述容腔中并且能在所述動(dòng)力機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)下做往復(fù)運(yùn)動(dòng)；所述分隔板設(shè)于所述容腔中并將所述容腔分隔形成安裝槽以及水槽，所述動(dòng)力機(jī)構(gòu)包括動(dòng)力源以及傳動(dòng)組件，所述動(dòng)力源設(shè)置于所述安裝槽中，所述推波板以及所述緩沖機(jī)構(gòu)設(shè)置于所述水槽中，所述分隔板上設(shè)有連通所述安裝槽與所述水槽的避讓孔，所述傳動(dòng)組件的一端與所述動(dòng)力源連接，所述傳動(dòng)組件的另一端穿過所述避讓孔并與所述緩沖機(jī)構(gòu)連接；所述密封件與所述分隔板連接并用于封堵所述避讓孔，且所述密封件包括與所述分隔板接觸的第一接觸面以及與所述第一接觸面相對設(shè)置的第二接觸面，所述第一接觸面設(shè)有疏油層，所述第二接觸面設(shè)有疏水層。該裝置通過推波板推動(dòng)水體從而形成波浪，由于所推水體體積取決于推波板推水面積與沖程，若要形成較大播波浪對推波機(jī)械結(jié)構(gòu)負(fù)擔(dān)較大，產(chǎn)生波浪的強(qiáng)度受限較大；該裝置由于推波板占據(jù)位置，會(huì)對進(jìn)行造流試驗(yàn)產(chǎn)生影響；該裝置的波浪行進(jìn)到推波機(jī)對側(cè)水槽壁發(fā)生碰撞時(shí)會(huì)形成反射波浪，反射波浪后續(xù)會(huì)形成多次反射，會(huì)影響實(shí)驗(yàn)室對真實(shí)波浪環(huán)境的模擬，影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于至少克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)和不足之一，提供一種波浪水池實(shí)驗(yàn)用的高精度造波裝置，用于實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行海工試驗(yàn)。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室造波裝置，如搖板式水槽造波裝置、推板式水槽造波裝置，存在一系列問題，包括推波高度不足、與造流裝置相干擾、多次反射波浪影響。本發(fā)明的獨(dú)特之處在于其并非用推板等進(jìn)行水體的推動(dòng)，而是通過在水槽兩端注入或吸收設(shè)定體積的水，以產(chǎn)生符合波浪行進(jìn)時(shí)的流體速度分布，從而在水槽中形成一段穩(wěn)定的波浪。本發(fā)明裝置的兩端都可以控制水的流入和流出，控制水流的流量就可以實(shí)現(xiàn)波浪的精準(zhǔn)控制，而且不會(huì)造成波浪的反射，能夠保證實(shí)驗(yàn)裝置可以長時(shí)間實(shí)驗(yàn)，有效解決長時(shí)間實(shí)驗(yàn)的反射波干擾問題。本發(fā)明波浪模擬裝置顯著提高了實(shí)驗(yàn)室造波裝置的造波能力和精度，使其能夠更有效地滿足各種海工試驗(yàn)。

2、為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的，本發(fā)明提供的一種波浪水池實(shí)驗(yàn)用的高精度造波裝置，包括水槽，水槽的兩端均通過水管與蓄水池連接，兩端的水管上均設(shè)置有調(diào)節(jié)閥和水泵，調(diào)節(jié)閥和水泵均與造波控制系統(tǒng)連接，通過調(diào)節(jié)閥和水泵來控制從蓄水池中抽水推進(jìn)水槽內(nèi)、從水槽中抽水排進(jìn)蓄水池的過程，以控制水流情況，實(shí)現(xiàn)波浪模擬。

3、進(jìn)一步地，所述水槽包括兩個(gè)兩端槽體和位于兩個(gè)兩端槽體之間的至少一個(gè)中間段槽體，通過中間段槽體的設(shè)置數(shù)量來調(diào)整所述水槽的長度。

4、所述水槽可通過增加中間段槽體數(shù)量增加水槽長度，槽體間由方形法蘭連接；

5、進(jìn)一步地，還包括傳感器架設(shè)平臺(tái)，所述傳感器架設(shè)平臺(tái)可移動(dòng)地設(shè)置在所述水槽上。所述傳感器架設(shè)平臺(tái)上可架設(shè)試驗(yàn)所需傳感器進(jìn)行試驗(yàn)。

6、進(jìn)一步地，所述造波控制系統(tǒng)包括控制系統(tǒng)板，所述控制系統(tǒng)板包括控制系統(tǒng)核心模塊、電流電壓檢測模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊；

7、所述控制系統(tǒng)核心模塊用于輸出調(diào)節(jié)閥與水泵控制信號(hào)；

8、所述電流電壓檢測模塊用于檢測調(diào)節(jié)閥和水泵工作時(shí)的電流電壓、工作功率；

9、所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊使用存儲(chǔ)芯片，用于存儲(chǔ)裝置運(yùn)行過程中調(diào)節(jié)閥的水流、水泵的功率數(shù)據(jù)。

10、進(jìn)一步地，所述控制系統(tǒng)板還包括電源接口、數(shù)據(jù)傳輸接口。

11、進(jìn)一步地，所述控制系統(tǒng)核心模塊可使用stc89c52芯片。

12、進(jìn)一步地，所述造波控制系統(tǒng)還包括鍵盤、顯示屏、電纜接口。

13、進(jìn)一步地，所述調(diào)節(jié)閥通過電纜與造波控制系統(tǒng)相連。

14、進(jìn)一步地，所述水泵通過電纜與造波控制系統(tǒng)相連。

15、進(jìn)一步地，位于水槽同一側(cè)的調(diào)節(jié)閥和水泵有多組，其中一組或一組以上的調(diào)節(jié)閥和水泵用于從蓄水池中抽水推進(jìn)水槽內(nèi)，其他組的調(diào)節(jié)閥和水泵用于從水槽中抽水排進(jìn)蓄水池。

16、進(jìn)一步地，用于從蓄水池中抽水推進(jìn)水槽內(nèi)的調(diào)節(jié)閥和水泵的設(shè)置組數(shù)與用于從水槽中抽水排進(jìn)蓄水池的調(diào)節(jié)閥和水泵的設(shè)置組數(shù)相同。

17、進(jìn)一步地，位于水槽同一側(cè)的水管有多根，每根所述水管包括第一連接管段、三通管段和第二連接管段，第二連接管段包括兩個(gè)進(jìn)水口和兩個(gè)出水口，第一連接管段一端與水槽的進(jìn)出水口端連接，另一端與三通管段的其中一個(gè)管口連接，三通管段的另外兩個(gè)管口分別連接第二連接管段的兩個(gè)進(jìn)水口，第二連接管段的兩個(gè)出水口分別連接兩組控制不同水流流向的調(diào)節(jié)閥和水泵。

18、進(jìn)一步地，水槽的進(jìn)出水口端呈方形，第一連接管段為方變圓喇叭管，方形一端與水槽的進(jìn)出水口端連接，另一端與三通管段連接。

19、所述水槽由兩端槽體通過方形法蘭與方變圓喇叭管相連；

20、本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)，具有如下的優(yōu)點(diǎn)及效果：

21、(1)本發(fā)明提供的水槽造波裝置，能夠在實(shí)現(xiàn)更符合真實(shí)波浪環(huán)境的模擬，為各種海洋工程結(jié)構(gòu)物和港口工程等研究提供重要支持。

22、(2)本裝置不同于傳統(tǒng)推波板推動(dòng)水體造波的方式，其通過控制兩端的水流進(jìn)出情況進(jìn)行造波，可有效降低多次反射波浪的影響。通過進(jìn)出水流造波的波浪模擬裝置，可以避免傳統(tǒng)造波池中造波裝置與造流裝置之間的影響，提高了試驗(yàn)準(zhǔn)確性和試驗(yàn)效率。與目前主流的實(shí)驗(yàn)室波浪模擬裝置相比，本發(fā)明通過兩端進(jìn)出水的方式形成波浪，可有效降低波浪反射對試驗(yàn)的影響。

23、(3)本發(fā)明通過在水槽兩端設(shè)置進(jìn)出水裝置，并可以按層分布，控制水流進(jìn)出，產(chǎn)生波浪和水流，本發(fā)明在各種海洋工程結(jié)構(gòu)物和港口工程等研究中起著重要作用，有著廣泛的應(yīng)用前景。

24、(4)本發(fā)明裝置在水槽兩端通過控制水泵和調(diào)節(jié)閥的運(yùn)行，按設(shè)定流量注入或吸收水，以產(chǎn)生符合波浪行進(jìn)時(shí)的流體速度分布，增加泵的功率和流量可增強(qiáng)造波能力，同時(shí)通過控制水泵的流量也可以達(dá)到造流的效果，無需額外安裝造流裝置，避免了額外的造流裝置的接入對流場的干擾。

25、(5)本發(fā)明裝置可以采用組裝式水槽，可根據(jù)具體需求對水槽進(jìn)行長度調(diào)整，使之更加滿足試驗(yàn)要求。

技術(shù)特征：

1.一種波浪水池實(shí)驗(yàn)用的高精度造波裝置，其特征在于，包括水槽(1)，水槽(1)的兩端均通過水管(2)與蓄水池(5)連接，兩端的水管(2)上均設(shè)置有調(diào)節(jié)閥(3)和水泵(4)，調(diào)節(jié)閥(3)和水泵(4)均與造波控制系統(tǒng)(7)連接，通過調(diào)節(jié)閥(3)和水泵(4)來控制從蓄水池(5)中抽水推進(jìn)水槽(1)內(nèi)、從水槽(1)中抽水排進(jìn)蓄水池(5)的過程，以控制水流情況，進(jìn)行波浪模擬。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種波浪水池實(shí)驗(yàn)用的高精度造波裝置，其特征在于，所述水槽(1)包括兩個(gè)兩端槽體(9)和位于兩個(gè)兩端槽體(9)之間的至少一個(gè)中間段槽體(10)，通過中間段槽體(10)的設(shè)置數(shù)量來調(diào)整所述水槽(1)的長度。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種波浪水池實(shí)驗(yàn)用的高精度造波裝置，其特征在于，還包括傳感器架設(shè)平臺(tái)(11)，所述傳感器架設(shè)平臺(tái)(11)可移動(dòng)地設(shè)置在所述水槽(1)上。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種波浪水池實(shí)驗(yàn)用的高精度造波裝置，其特征在于，所述造波控制系統(tǒng)(7)包括控制系統(tǒng)板(18)，調(diào)節(jié)閥(3)和水泵(4)均與控制系統(tǒng)板(18)連接，造波控制系統(tǒng)(7)上輸入各調(diào)節(jié)閥(3)流量大小與水泵(4)開啟、關(guān)閉時(shí)間，以控制水流情況，實(shí)現(xiàn)波浪模擬；

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種波浪水池實(shí)驗(yàn)用的高精度造波裝置，其特征在于，所述調(diào)節(jié)閥(3)通過電纜與造波控制系統(tǒng)(7)相連。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種波浪水池實(shí)驗(yàn)用的高精度造波裝置，其特征在于，所述水泵(4)通過電纜與造波控制系統(tǒng)(7)相連。

7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一所述的一種波浪水池實(shí)驗(yàn)用的高精度造波裝置，其特征在于，位于水槽(1)同一側(cè)的調(diào)節(jié)閥(3)和水泵(4)有多組，其中一組或一組以上的調(diào)節(jié)閥(3)和水泵(4)用于從蓄水池(5)中抽水推進(jìn)水槽(1)內(nèi)，其他組的調(diào)節(jié)閥(3)和水泵(4)用于從水槽(1)中抽水排進(jìn)蓄水池(5)。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種波浪水池實(shí)驗(yàn)用的高精度造波裝置，其特征在于，用于從蓄水池(5)中抽水推進(jìn)水槽(1)內(nèi)的調(diào)節(jié)閥(3)和水泵(4)的設(shè)置組數(shù)與用于從水槽(1)中抽水排進(jìn)蓄水池(5)的調(diào)節(jié)閥(3)和水泵(4)的設(shè)置組數(shù)相同。

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種波浪水池實(shí)驗(yàn)用的高精度造波裝置，其特征在于，位于水槽(1)同一側(cè)的水管(2)有多根，每根所述水管(2)包括第一連接管段(14)、三通管段(13)和第二連接管段(16)，第二連接管段(16)包括兩個(gè)進(jìn)水口和兩個(gè)出水口，第一連接管段(14)一端與水槽(1)的進(jìn)出水口端連接，另一端與三通管段(13)的其中一個(gè)管口連接，三通管段(13)的另外兩個(gè)管口分別連接第二連接管段(16)的兩個(gè)進(jìn)水口，第二連接管段(16)的兩個(gè)出水口分別連接兩組控制不同水流流向的調(diào)節(jié)閥(3)和水泵(4)。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種波浪水池實(shí)驗(yàn)用的高精度造波裝置，其特征在于，水槽(1)的進(jìn)出水口端呈方形，第一連接管段(14)為方變圓喇叭管，方形一端與水槽(1)的進(jìn)出水口端連接，另一端與三通管段(13)連接。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開一種波浪水池實(shí)驗(yàn)用的高精度造波裝置，包括水槽，水槽的兩端均通過水管與蓄水池連接，兩端的水管上均設(shè)置有調(diào)節(jié)閥和水泵，調(diào)節(jié)閥和水泵均與造波控制系統(tǒng)連接，通過調(diào)節(jié)閥和水泵來控制從蓄水池中抽水推進(jìn)水槽內(nèi)、從水槽中抽水排進(jìn)蓄水池的過程，以控制水流情況，實(shí)現(xiàn)波浪模擬。室內(nèi)波浪水槽試驗(yàn)通過造波機(jī)在水槽中制造人工波浪，是研究波浪對結(jié)構(gòu)物的影響的核心手段；本發(fā)明通過控制水槽兩端管道連接水泵的輸水排水制造所需波浪，在試驗(yàn)環(huán)境下實(shí)現(xiàn)真實(shí)波浪環(huán)境的模擬，通過對實(shí)驗(yàn)室造波水池的造波裝置進(jìn)行改進(jìn)，增強(qiáng)造波能力，避免造波裝置與造流裝置的相影響，減少造波過程中的多次反射影響，為海工試驗(yàn)提供更符合真實(shí)波浪環(huán)境的模擬。

技術(shù)研發(fā)人員：朱偉杰,黃志明
受保護(hù)的技術(shù)使用者：華南理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/10