一种双板式内孤立波造波装置及其造波方法

技术领域

本发明涉及一种造波装置，特别是关于一种造波参数可控的双板式内孤立波造波装置及其造波方法。

背景技术

在实际海洋中，海水的温度、盐度和密度是随空间与时间变化的，由此会产生影响水中航行体与海洋工程结构安全运行的海洋内孤立波。分层流试验水槽是研究海洋内孤立波特性的主要设备，其中内孤立波的模拟是进行实验研究的主要技术条件。在内波试验水槽中，有许多产生内孤立波的方法。现有的内孤立波造波技术主要有抽板式、振动台式、划浆扰动式和闸门式等等。这些造波技术的基本原理是对静止的分层流体施加一个瞬态的扰动，从而在分层界面上产生内孤立波。然而这些造波技术都具有缺陷：即“扰动”的施加是人为的，过程很难控制，通常由操作人员的经验所决定，因此难以稳定地控制扰动的大小和持续时间，以产生波形参数可控的内孤立波，也很难产生波形可重复的内孤立波。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种造波参数可控的双板式内孤立波造波装置及其造波方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种双板式内孤立波造波装置，其特征在于：它包括一密度分层水槽、一上推板、一下推板、两套传动机构和一控制终端；所述上、下推板布置于所述水槽的横断面上，且所述上、下推板与所述水槽等宽；两套所述传动机构分别连接所述上、下推板，并由所述控制终端控制；所述控制终端通过改变传动机构的传动方式，驱动所述上、下推板以各自的速度、加速度和行程反向水平运动。

每套所述传动机构包括两条滑轨、四个皮带轮、一传动皮带和一电机；所述两条滑轨分别水平设置在所述水槽两侧的边壁上；所述四个皮带轮围成矩形，且其中三个皮带轮固定在所述水槽一侧的边壁上，另一皮带轮与所述电机的输出轴连接；所述传动皮带与所述上推板或下推板连接，且所述传动皮带依次绕过所述四个皮带轮；所述电机固定在所述水槽的边壁上，并与所述控制终端连接；所述上、下推板两侧均安装有滑轮，使所述上、下推板可沿着所述滑轨滑动。

在所述上、下推板的一侧分别加装横向支撑。

一种上述双板式内孤立波造波装置的造波方法，其包括以下步骤：1)在水槽中先注入两层密度不同的流体，并使密度跃层位于上、下推板分界线处；2)控制终端通过传动机构驱动上、下推板同时反向水平运动，使水槽内的两层流体产生反向流动，从而在两层流体分层界面上产生上凸或下凹的内孤立波。

为保证水槽内的质量平衡，上、下推板的运动速度有如下关系：

$\frac{v_1}{v_2}=\frac{h_2}{h_1}$

式中，v₁、v₂分别为上、下推板的瞬时速度，h₁、h₂分别为上、下推板的高度。

所述控制终端通过调整输入参数，改变所述上、下推板的速度、加速度和行程，从而产生不同波高、不同波速、不同波形的内孤立波。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明基于内孤立波的理论模型并结合质量守恒原理，提出了由两层流体反向流动产生内孤立波的构思，并在水槽内加以实现，从而弥补了现有造波技术缺乏理论依据的不足，为海洋内孤立波的模拟技术提供了新的方向。2、本发明是采用两块推板在流体中逆向运动使两层流体反向流动而产生内孤立波，且对两块推板的运动过程进行了分别控制，因此可以控制内孤立波的波形、振幅和波宽等参数，不仅实现了波形参数的可控，而且使同一波形的内孤立波的重复成为可能。3、本发明采用双板联动的方式，用电脑对推板的运动过程进行了主动控制，尽可能避免了人为影响，使产生的内孤立波的波形稳定清晰，尾波小。

附图说明

图1是本发明的结构示意图

图2是本发明的造波示意图