本發(fā)明涉及一種可調(diào)節(jié)坡高的消波系統(tǒng)及使用方法，主要用于模型試驗中消除試驗裝置對波浪的阻擋而引起的反射波。

背景技術(shù)：

模型試驗是在實驗室中再現(xiàn)復(fù)雜工程問題的一種合理有效的技術(shù)。海洋、河流等儲水地質(zhì)形態(tài)由于面積較大，其底部邊坡的破壞過程不易觀察，然而工程中有時需要了解其底部邊坡在水力作用下的破壞機理。因此，為了再現(xiàn)這種破壞形式，可以在實驗室中設(shè)置合理的邊界條件，采用簡化的模型模擬其發(fā)生破壞的過程。海洋等儲水地質(zhì)形態(tài)相對于單個波浪面積廣大，可以水域簡化為半平面無限體，波浪在表面自由運動，然而在實驗室中，波浪的運動必然會受到實驗裝置邊界的影響，為了降低實驗裝置對波浪運動造成的尺寸效應(yīng)，必須對其采取合理的措施，降低波浪等非實驗因素造成的影響。

按照流體力學(xué)中的觀點，隨著波形向前傳播，水做為質(zhì)點在波浪的作用下圍繞平衡后的位置做圓周運動，波浪在水平面上產(chǎn)生的最大幅度即是其半徑，但其運動半徑產(chǎn)生的影響隨深度增加而逐漸減小，直到把影響消除。實驗裝置的邊界對波浪產(chǎn)生反射作用，反射波浪會在實驗裝置做反運動，擾動原波浪的形態(tài)及波幅，造成復(fù)雜的亂波，導(dǎo)致實驗達不到預(yù)期的設(shè)想。上述亂波在現(xiàn)實中極少存在，其影響可以忽略不計，但在尺寸限制的模型實驗裝置中，其影響不能忽略，因此必須在實驗裝置中安裝消波裝置，減小甚至消除亂波的影響，提高實驗精度。

根據(jù)調(diào)查研究，市面上應(yīng)用普遍的消波裝置可分為以下三類，第一類：簡單的設(shè)置成斜坡狀，形成類似于沙灘、河灘等重力式的簡易消波裝置，其優(yōu)點是兼具功能性和經(jīng)濟性，缺點是采用重力消波，若坡度設(shè)置過高易導(dǎo)致其回水速度過大，造成對有效波浪的影響，過低造成消波裝置延伸較長，對模型試驗尺寸造成浪費；第二類：在第一類斜坡上鋪設(shè)尼龍等粗糙制品做為阻流裝置，其優(yōu)點是消波作用進一步加強，缺點是鋪設(shè)粗糙的材料難度較大，對材料阻水、滲水性要求較高；第三類在坡面以矩陣方式排布方孔，其消波作用在實際海岸線及河岸線比較實用，在有尺寸限制的模型試驗中，其消波作用有待進一步提高。上述材料共同的缺點是只對某些范圍或者特定的波段具有消除作用，而對于不同的波段其消波能力明顯不足。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種可調(diào)節(jié)坡高的消波系統(tǒng)及使用方法，針對波浪的大小和能量可以改變消波裝置的坡度，提高消波效率，擴大適用范圍。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：

一種可調(diào)節(jié)坡高的消波系統(tǒng)，包括消波裝置，所述消波裝置包括底座框架，所述底座框架兩側(cè)均連接可伸縮弧形邊框，可伸縮弧形邊框之間連接有拋物面傾斜濾網(wǎng)，所述弧形邊框一端與底座框架轉(zhuǎn)動連接，弧形邊框另一端與升降裝置配合，由升降裝置帶動弧形邊框伸縮調(diào)整消波裝置的坡度；所述濾網(wǎng)下部設(shè)置蓄水裝置，蓄水裝置與回水管連接。將濾網(wǎng)設(shè)置在可伸縮弧形邊框上，濾網(wǎng)呈拋物面傾斜狀，且可伸縮弧形邊框可與升降裝置配合調(diào)整消波裝置的坡度，增加消波距離，擴大對波浪大小和能量的適用性，提高消波效率。

所述底座框架為L型結(jié)構(gòu)，L型結(jié)構(gòu)底邊端部與聯(lián)動桿轉(zhuǎn)動連接，所述聯(lián)動桿兩端均與弧形邊框一端連接；將底座框架設(shè)置成L型結(jié)構(gòu)，在底座框架兩端與弧形邊框連接時，可保證弧形邊框及濾網(wǎng)呈一定弧度，更好的保證消波效果。

所述L型結(jié)構(gòu)豎邊端部與連接桿滑動連接，所述連接桿兩端均與弧形邊框另一端連接；在需要調(diào)整弧形邊框的高度時，由連接桿在底座框架上滑動，帶動弧形邊框移動調(diào)整。

所述連接桿下部與升降裝置連接，升降裝置設(shè)置于底座框架上；將升降裝置設(shè)置在連接桿下部，再由連接桿與底座邊框滑動連接，可由升降裝置帶動連接桿滑動進而帶動弧形邊框調(diào)整高度。

所述弧形邊框包括第一管狀結(jié)構(gòu)和套接于第一管狀結(jié)構(gòu)內(nèi)部的第二管狀結(jié)構(gòu)，第二管狀結(jié)構(gòu)可沿第一管狀結(jié)構(gòu)內(nèi)壁滑動；所述第一管狀結(jié)構(gòu)和第二管狀結(jié)構(gòu)側(cè)壁上均留有與濾網(wǎng)固定配合的通縫；設(shè)置相套接的兩個管狀結(jié)構(gòu)，內(nèi)部的管狀結(jié)構(gòu)可沿外部的管狀結(jié)構(gòu)滑動，進而與升降裝置配合后即可調(diào)整消波裝置的坡度，結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)整方便；設(shè)置通縫，使濾網(wǎng)與弧形邊框的連接更為簡單可靠，且在更換濾網(wǎng)時也更容易。

優(yōu)選的，所述第二管狀結(jié)構(gòu)的外徑和第一管狀結(jié)構(gòu)的內(nèi)徑相同；使第一管狀結(jié)構(gòu)和第二管狀結(jié)構(gòu)之間不會有更多的間隙，使兩者之間的配合更可靠，且可以避免波浪沖上消波裝置時由兩者之間的縫隙進入內(nèi)部，造成清理的困難。

所述蓄水裝置為由多個傾斜側(cè)面組成的倒金字塔形結(jié)構(gòu)，倒金字塔形結(jié)構(gòu)底部回水管連接；在模型試驗尺寸限制的情況下將蓄水裝置設(shè)置成倒金字塔形結(jié)構(gòu)效率最高，同時在蓄水裝置底部連接回水管，回水管底部與試驗裝置的深水區(qū)連接，把水及時回流到試驗裝置內(nèi)，使水量保持一定。

所述升降裝置與控制器連接；升降裝置由控制器控制，即消波裝置的坡度調(diào)節(jié)由控制器控制，可以防止人為因素在實驗中造成的影響，提高結(jié)果的準(zhǔn)確性。

所述回水管內(nèi)部設(shè)置多個減速網(wǎng)；防止水流回實驗裝置底部時速度過大，對底部水的流態(tài)產(chǎn)生影響。

優(yōu)選的，相鄰減速網(wǎng)的網(wǎng)格方向呈30～60°交叉設(shè)置；可最大程度保證減速網(wǎng)的減速效果，降低水在重力作用下產(chǎn)生的動能。

一種可調(diào)節(jié)坡高的消波系統(tǒng)的使用方法，包括以下步驟：

根據(jù)試驗要求的波浪大小和能量，選擇合適密度的濾網(wǎng)；

組裝消波系統(tǒng)，并根據(jù)波浪大小利用升降裝置調(diào)整消波裝置的坡度；

進行試驗，波浪沖上消波裝置時，經(jīng)由濾網(wǎng)進入蓄水裝置，由回水管進行回水。

本發(fā)明的工作原理為：

在底座框架上設(shè)置可伸縮弧形邊框，弧形邊框之間設(shè)置濾網(wǎng)，可伸縮邊框一端可繞與底座框架的連接處轉(zhuǎn)動，另一端與升降裝置配合可實現(xiàn)根據(jù)波浪情況調(diào)整消波裝置的坡度，增加消波距離，提高消波效率；且濾網(wǎng)的設(shè)置可以在波浪沖上消波裝置時流入蓄水裝置，不會產(chǎn)生回水，避免了回水對原波浪的影響，保證了試驗的準(zhǔn)確度。

本發(fā)明的有益效果為：

(1)消波裝置的弧形設(shè)置和坡度可調(diào)性以及高密度鋼筋濾網(wǎng)針對不同波浪的調(diào)換，都能夠增加消波距離，擴大對波浪大小和能量的適用性，提高消波效率，符合經(jīng)濟性原理。

(2)各類型的裝置可組裝拆卸性，如：消波裝置、回水裝置、升降裝置等，可以提高實驗裝置的使用年限。

(3)高密度鋼筋濾網(wǎng)能夠保證波浪完全沖上消波裝置后而全部落到蓄水區(qū)且不產(chǎn)生回水，防止回水對原波浪造成影響，導(dǎo)致實驗數(shù)據(jù)出現(xiàn)問題。

(4)消波裝置高度的調(diào)節(jié)由計算機控制，可以建立波浪與消波裝置高度的正相關(guān)關(guān)系，尤其對于大型復(fù)雜的波浪模擬實驗可以防止人為因素在實驗中造成的影響，提高結(jié)果的準(zhǔn)確性。

(5)回水裝置的設(shè)置能夠最大程度的保證模型試驗裝置中水量的恒定，避免水量的變化給實驗結(jié)果帶來得影響；并且在回水管內(nèi)設(shè)置交叉多級減速網(wǎng)，能夠降低高速回水對深部水流流態(tài)的影響，避免非實驗變量對實驗的干擾。

附圖說明

圖1本發(fā)明消波系統(tǒng)整體示意圖；

圖2本發(fā)明可伸縮弧形邊框示意圖；

圖3本發(fā)明回水管內(nèi)多個減速網(wǎng)示意圖；

圖中，1底座框架，2濾網(wǎng)，3可伸縮弧形邊框，4蓄水裝置，5軸承，6聯(lián)動桿，7升降裝置，8控制器，9回水管，10減速網(wǎng)，11連接線，12對接焊縫，13通縫，14連接桿。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。

如圖1所示，可調(diào)節(jié)坡高的消波系統(tǒng)主要是由消波裝置、回水裝置、升降裝置組成。

消波裝置是由底座框架1、濾網(wǎng)2、可伸縮弧形邊框3組成，底座框架1采用整塊鋼板沖切而成，在一定程度上可提高抗壓及抗彎剛度，在底座框架1上設(shè)置足夠螺栓孔，用于安裝可伸縮弧形邊框3、升降裝置及回水裝置，底座框架1前部兩側(cè)螺栓固定軸承5，帶有榫接凹孔的聯(lián)動桿6穿過軸承5，可隨軸承5轉(zhuǎn)動，二者組成轉(zhuǎn)動裝置；濾網(wǎng)2通過內(nèi)邊框固定在可伸縮弧形邊框3的通縫13中，可伸縮弧形邊框3前端能夠與聯(lián)動桿6上的榫接凹孔連接在一起，與轉(zhuǎn)動裝置、升降裝置協(xié)調(diào)運動。

底座框架1為L型結(jié)構(gòu)，L型結(jié)構(gòu)底邊端部通過軸承5與聯(lián)動桿6轉(zhuǎn)動連接，聯(lián)動桿6兩端均與可伸縮弧形邊框3一端連接，L型結(jié)構(gòu)豎邊端部與連接桿14滑動連接，連接桿14兩端均與可伸縮弧形邊框3另一端連接；將底座框架1設(shè)置成L型結(jié)構(gòu)，在底座框架1兩端與弧形邊框3連接時，可保證弧形邊框3及濾網(wǎng)2呈一定弧度，更好的保證消波效果。在需要調(diào)整弧形邊框3的高度時，由連接桿14在底座框架1上滑動，帶動弧形邊框3移動調(diào)整。連接桿14下部與升降裝置7連接，升降裝置7設(shè)置于底座框架1上；將升降裝置設(shè)置在連接桿14下部，再由連接桿14與底座框架1滑動連接，可由升降裝置7帶動連接桿沿底座框架1滑動調(diào)整高度，進而帶動弧形邊框3伸縮，調(diào)整坡度。

回水裝置由安裝在濾網(wǎng)2下方具有傾角的蓄水裝置4及深長回水管9組成，蓄水裝置4呈倒金字塔形狀，蓄水裝置4底部與深長回水管9連接，回水管9底部與模型試驗架深水位處連接，把水及時回流到實驗裝置內(nèi)，使水量保持一定，及時把減速后的水流回到實驗系統(tǒng)內(nèi)，防止水量變化對實驗數(shù)據(jù)造成的影響。

倒金字塔形的蓄水裝置4是由四塊成45°傾角的鋼板通過對接焊縫12焊接而成，在模型試驗尺寸限制的情況下效率最高。

回水管9內(nèi)端部間隔布置多級減速網(wǎng)10，相鄰減速網(wǎng)10網(wǎng)格呈45°交叉放置(如圖3所示)，可最大程度降低水在重力作用下產(chǎn)生的動能，防止水流回實驗裝置底部時速度過大，對底部水的流態(tài)產(chǎn)生影響。

升降裝置是由控制器8和升降裝置7組成，控制器8和升降裝置7通過連接線11連接，升降裝置7在控制器8的控制下帶動可伸縮弧形邊框3升高或降低，引起消波裝置的升降和坡高的改變。

控制器8根據(jù)真實波浪大小按照實驗比例調(diào)試好的程序，對不同波浪的大小和能量，隨時調(diào)節(jié)升降裝置7的升降，以此帶動可伸縮弧形邊框3伸縮，引起消波裝置的升降和坡高的改變，保障消波效率達到最高。本發(fā)明方案中升降裝置7采用液壓器，也可以采用其他如氣缸、電缸、升降機等升降裝置。

本發(fā)明方案中濾網(wǎng)2采用高密度鋼筋濾網(wǎng)，為不銹鋼編制組成，針對波浪的大小和能量，選用不同密度的鋼筋濾網(wǎng)；可伸縮弧形鋼管邊框是由弧度相同、直徑不同且內(nèi)側(cè)管壁開有通縫的鋼管組成。

如圖2所示，可伸縮弧形邊框3是由兩根弧度相同、內(nèi)外孔徑不同并在管壁開有通縫13的鋼管組成，本發(fā)明方案中濾網(wǎng)2針對不同的水流大小和能量采用不同密度的不銹鋼濾網(wǎng)，與可伸縮弧形邊框3在通縫13處連接，軸承5及聯(lián)動桿6與可伸縮弧形邊框3通過凹孔榫接在一起并通過螺栓固定在底座框架1上，隨升降裝置調(diào)節(jié)消波裝置的坡度。

可伸縮弧形邊框3內(nèi)鋼管外徑與外鋼管內(nèi)徑相等，二者在保持通縫13一條線的情況下連接在一起，起到伸縮作用，可與升降裝置協(xié)同工作。

可調(diào)節(jié)坡高的消波系統(tǒng)的使用方法，包括以下步驟：

根據(jù)試驗要求的波浪大小和能量，選擇合適密度的濾網(wǎng)2；

組裝消波系統(tǒng)，并根據(jù)波浪大小利用升降裝置調(diào)整消波裝置的坡度；

進行試驗，波浪沖上消波裝置時，經(jīng)由濾網(wǎng)2進入蓄水裝置4，由回水管9進行回水。

上述雖然結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式進行了描述，但并非對本發(fā)明保護范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護范圍以內(nèi)。