一种底面固定式柔性水囊防波堤结构水槽实验装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种底面固定式柔性水囊防波堤结构水槽实验装置，包括玻璃波浪水槽、柔性水囊防波堤模型、第一配重板、浪高仪和水压监测器；所述的柔性水囊防波堤模型设置在玻璃波浪水槽内；其前后两侧各设有一块第一配重板，第一配重板与柔性水囊防波堤模型之间通过金属丝连接；浪高仪设置在柔性水囊防波堤模型的前后两侧；水压监测器设置在柔性水囊防波堤模型内部；所述的柔性水囊防波堤模型底部设置有第二配重板。本发明专利技术所提出的实验装置结构简单，安装方便，且使用效果可靠，本发明专利技术通过板加钢丝的加固结构，能够妥善可靠的解决柔性水囊防波堤结构底面滑移问题，本发明专利技术的实验装置可操作性、可重复性很强。

【技术实现步骤摘要】
一种底面固定式柔性水囊防波堤结构水槽实验装置
本专利技术属于水力学实验模型设计，具体涉及一种底面固定式柔性水囊防波堤结构水槽实验装置。技术背景防波堤是一种常见的港口、海岸工程结构，用来防御海浪对港口以及作业区域的侵袭，维持防护区域内水域平稳，保证船舶停靠、系泊、装卸作业、海洋工程施工作业、海洋养殖、近海体育运动等的安全，提高海洋作业窗口时间。防波堤的结构形式是影响消波效果的重要因素，各种类型的防波堤的消波机理也有所差异，归纳起来主要有以下几种消波过程：(1)波能反射，利用堤前部分反射能量。(2)波列间的干涉消能，由于传递的波浪频率与结构本身运动产生的波浪频率不同从而形成两波间波动的相互牵制和抵消。(3)紊动消能，水体与结构相互作用形成的碰撞摩擦和绕流破坏了原来波浪质点有规律的运动转变为杂乱的紊动而达到消能目的。(4)波浪力做功，波浪力使结构产生位移或变形所做的功，有部分是不可逆转的能耗。柔性防波堤相对于其它类型防波堤而言，在紊动消能和波浪力做功方面有一定的优势。柔性材料普遍存在于我们生活当中，但将柔性材料运用到防波堤领域却是近三十年才逐渐有人尝试。将柔性材料运用到防波堤领域，是具有重要意义的创新。因此，要验证柔性防波堤消波效果，研究其消波内在机理，以及在特定工况下其附近流场变化特点等，就需要通过合适的途径来解决。由于柔性防波堤结构消波过程十分复杂，涉及到流固耦合过程，涉及到弹性体变形等非线性过程，现有的理论分析方法不能很好地对此物理过程进行准确分析。因此，目前主要采用大量实验研究数据和数值模拟技术来测量防波堤的消波效果。而实验研究的数据常常又被用来与数值模拟结果对比，以验证数值模拟技术的准确性。因此，物理模型实验对此柔性重力式可移动水囊防波堤结构问题的研究具有重要意义。在目前的波浪水槽实验中，根据水槽结构形式的不同，针对于不同实验模型、不同实验工况，分别有着不一样的实验方法和手段。对于水泥壁面波浪水槽，一般可以采用在水槽外搭架子或者在水槽内安装螺丝钉之类的方式对相应仪器设备和物理模型进行固定；而对于玻璃壁面波浪水槽，因其壁面全为玻璃，所以对水槽进行打钻安装螺丝钉的方式就不太合适。所以，在玻璃壁面波浪水槽中，仪器设备一般采用在水槽外搭铁架以进行相应的布置和安装。而对于潜堤实验模型等，一般依靠实验模型自身的重力来增大与地面的静摩擦力，从而达到使其在地面固定的目的。但，当模型自身结构重量较小时，无法使其在相应实验工况下，达到底面无滑移的目标。在玻璃壁面波浪水槽中，针对于这一问题，始终没有一个好的解决方式。
技术实现思路
针对于底面固定式柔性水囊防波堤水槽实验装置存在的上述问题，为了研究新型防波堤在降低经济成本的同时是否能够达到所需的消浪效果，为了保证底面固定式柔性水囊防波堤模型在玻璃波浪水槽中不发生底面滑移，本专利技术提供了一种底面固定式柔性水囊防波堤结构水槽实验装置。为了实现上述目的，本专利技术采取如下技术方案：本专利技术的底面固定式柔性水囊防波堤结构水槽实验装置包括玻璃波浪水槽、柔性水囊防波堤模型、第一配重板、浪高仪和水压监测器；所述的柔性水囊防波堤模型设置在玻璃波浪水槽内；其前后两侧各设有一块第一配重板，第一配重板与柔性水囊防波堤模型之间通过金属丝连接；浪高仪设置在柔性水囊防波堤模型的前后两侧；水压监测器设置在柔性水囊防波堤模型内部；所述的柔性水囊防波堤模型底部设置有第二配重板。进一步的，所述的柔性水囊防波堤模型包括橡胶薄膜和至少两个支架，所述的支架与第二配重板相连，橡胶薄膜包裹在支架上形成密闭结构，所述密闭结构内部空腔充满水。进一步的，所述的支架为矩形支架，所述的矩形支架设有倒角。进一步的，所述的防波堤模型的一端设有一进出水口，顶面设有水压监测器；防波堤内部用内部隔层隔出若干个区域。进一步的，所述的防波堤模型两端处设有与金属丝相连的连接环，连接环距底面位置为整个防波堤高度三分之二；所述的第一配重板设有与金属丝相连的连接环。进一步的，两块第一配重板完全相同；第一配重板的长度与玻璃波浪水槽宽度相同或相近，第一配重板的宽度大于等于两倍的防波堤模型宽度。进一步的，第一配重板距离防波堤模型的距离大于等于两倍的防波堤模型宽度；所述的第一配重板的厚度小于等于10mm。进一步的，所述的浪高仪设置在距防波堤模型前后1.5m处；单侧波高仪布置数量既可是单个，也可以是多个；当单侧浪高仪数量为多个时，浪高仪布置间隔大于等于0.5m。本专利技术的有益效果在于：1、本专利技术解决了如何在玻璃波浪水槽中，对柔性水囊防波堤实验模型底面进行固定的问题。一般，在类似的模型实验中，比如潜堤模型试验，可以在模型内部空腔进行重物加载，增加整个模型的重量，使其在进行实验过程中底面不会产生滑移。而本专利技术所针对的柔性水囊防波堤模型，其结构内部空腔需要充满液体，无法通过在其内部进行加载来增加整个结构的重量。因此，只有通过外部装置使其稳稳的固定在水槽底面上。而在玻璃波浪水槽中，其底面玻璃表面本身就是光滑表面，这更是加大了此实验的难度。所以，无法解决底面滑移问题，无论是潜堤还是此柔性水囊防波堤结构模型，水槽实验都无法顺利进行。本专利技术就正是针对于以上所述的困难所提出的新的实验装置方案。2、本专利技术所采用的放置于水槽底面的薄钢板对流场的影响可忽略不计。因此，可以达到减小实验误差的目的。底面固定式柔性水囊防波堤结构水槽实验无法在其柔性表面对其加固。由于对入射波和反射波有影响，因此，也不太适合从水槽上面搭铁架对其进行加固。所以，考虑到既能顺利解决加固问题，又能将对流场的影响降到最低，设计出了本专利技术的实验装置。3、本专利技术所提出的实验装置结构简单，安装方便，且使用效果可靠，因此，本专利技术的可复制性较强，可以推广到其它类似水槽实验装置中去。本专利技术通过配重板加金属丝的加固结构，能够妥善可靠的解决柔性水囊防波堤结构底面滑移问题。所用材料简单易得，实验装置结构简单，特别具有实用性。因此，本专利技术的实验装置可操作性、可重复性很强。附图说明图1为本专利技术实验整体布置简易三维示意图图2为本专利技术水囊防波堤实验模型框架图·图3为本专利技术实验整体布置侧视图图4为本专利技术所用薄钢板示意图图中：1—薄钢板，2—细钢丝，3—水囊防波堤模型框架，4—水囊防波堤模型内部隔层，5—水囊防波堤模型，6—浪高仪，7—水囊进出水口，8—水压监测器，9—钢丝连接环，10—矩形铁架。11—配重钢板。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做进一步描述。参见图1至图4，本专利技术为一物理模型实验装置，重点在于解决柔性水囊防波堤在玻璃波浪水槽中如何固定的问题，包括玻璃波浪水槽、柔性水囊防波堤模型、第一配重板、浪高仪和水压监测器；所述的柔性水囊防波堤模型设置在玻璃波浪水槽内；其前后两侧各设有一块第一配重板，第一配重板与柔性水囊防波堤模型之间通过金属丝连接；浪高仪设置在柔性水囊防波堤模型的前后两侧；水压监测器设置在柔性水囊防波堤模型内部；所述的柔性水囊防波堤模型底部设置有第二配重板。在本专利技术的一个具体实施例中，装置按如下步骤搭建和试验：步骤一：实验模型制作该实验模型的特点在于其表面为柔性橡胶材料，无一个稳固形态。因此，首先要搭建一个模型框架，将橡胶薄膜覆盖在水囊防波堤模型框架3上。如图2，水囊防波堤模型框架3由两根矩形铁架10和一块本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种底面固定式柔性水囊防波堤结构水槽实验装置，其特征在于包括玻璃波浪水槽、柔性水囊防波堤模型、第一配重板、浪高仪和水压监测器；所述的柔性水囊防波堤模型设置在玻璃波浪水槽内；其前后两侧各设有一块第一配重板，第一配重板与柔性水囊防波堤模型之间通过金属丝连接；浪高仪设置在柔性水囊防波堤模型的前后两侧；水压监测器设置在柔性水囊防波堤模型内部；所述的柔性水囊防波堤模型底部设置有第二配重板。

【技术特征摘要】
1.一种底面固定式柔性水囊防波堤结构水槽实验装置，其特征在于包括玻璃波浪水槽、柔性水囊防波堤模型、第一配重板、浪高仪和水压监测器；所述的柔性水囊防波堤模型设置在玻璃波浪水槽内；其前后两侧各设有一块第一配重板，第一配重板与柔性水囊防波堤模型之间通过金属丝连接；浪高仪设置在柔性水囊防波堤模型的前后两侧；水压监测器设置在柔性水囊防波堤模型内部；所述的柔性水囊防波堤模型底部设置有第二配重板。2.根据权利要求1所述的底面固定式柔性水囊防波堤结构水槽实验装置，其特征在于所述的柔性水囊防波堤模型包括橡胶薄膜和至少两个支架，所述的支架与第二配重板相连，橡胶薄膜包裹在支架上形成密闭结构，所述密闭结构内部空腔充满水。3.根据权利要求2所述的底面固定式柔性水囊防波堤结构水槽实验装置，其特征在于所述的支架为矩形支架，所述的矩形支架设有倒角。4.根据权利要求2所述的底面固定式柔性水囊防波堤结构水槽实验装置，其特征在于所述的防波堤模型的一端设有一进出水口，顶面设有水...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵西增，陈本毅，宗逸洋，聂隆锋，徐天宇，郑凯源，刘雨诗，童晨奕，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33