一种波流强耦合模拟试验水池制造技术

本实用新型专利技术公开了一种波流强耦合模拟试验水池，包括：水池主体结构、地下环形水库、造波机、生潮系统；所述水池主体结构包括水池边墙、波流耦合试验地形、进出水口；所述水池边墙位于水池四周，所述波流耦合试验地形包括依次相连的波流前池段、波流过渡段、波流试验段；所述波流前池段和波流试验段上均开有进出水口；所述地下环形水库位于波流耦合试验地形下方，地下环形水库与所述进出水口相连通，所述地下环形水库内进出水口处均设置有生潮系统；所述造波机位于波流前池段且位于进出水口的外端。本实用新型专利技术能够实现强浪强流的快速耦合试验，提升水池适用范围，操作简便，控制精度高，能满足河口海岸极端复杂水动力条件下的物理模型试验需求。

A wave current strong coupling simulation test pool

【技术实现步骤摘要】
一种波流强耦合模拟试验水池
本技术涉及水利及海洋工程水动力模拟试验
，具体是一种波流强耦合模拟试验水池。
技术介绍
在河口、海岸及近海地区，波浪是引起海岸变化的主要因素，波浪对沿岸设施的破坏是毁灭性的，在台风浪期间海浪携带的大量泥沙会使港口、航道淤塞严重；潮流则直接影响海岸带波浪强度及作用范围，影响海岸地貌类型的发育，造成近岸地区海床冲淤变化，在淤泥质海岸尤其明显。波浪、潮流的相互作用效应显著、机理复杂，近岸区的许多自然现象，如波浪减水及增水、裂流及近岸水流系统等都受波流相互作用影响。我国海岸线曲折绵长，沿海地区在台风影响期间将正面遭遇大浪的侵袭，在大潮差区域相应的潮流流速往往也较大。在波流耦合试验水池中模拟波浪、潮流对海工建筑物的共同作用，开展跨海桥梁、海中塔基等建筑物的局部冲刷及波流冲击力研究，向来都是海岸工程的重、难点课题，具有重要的科学意义和工程应用价值。多年来，海岸工程研究常用的传统试验水池只能单一模拟波浪或潮流水动力条件，水池控制既麻烦，控制精度也不高。如传统意义上的波浪港池，主要用于开展纯波浪动力下海工建筑物的波浪力、块体稳定性、波浪爬高及越浪量等方面的研究；再如传统意义上的潮流水池，主要用于开展往复潮流作用下的水动力、河/海床冲淤等方面的研究，其模拟潮汐流的同时难以叠加波浪动力。考虑到实际海况中波浪、潮汐流是同时存在的，两者的耦合作用机制较为复杂，尤其是波向、流向较为接近时，模拟试验的水动力条件必须考虑两者的相互耦合作用。虽然国内部分高校及科研院所相继建成波流水池，但与波浪相互作用的水流大多以恒定流为主，且波流耦合只能进行弱浪强流或强浪弱流等弱非线性水动力条件模拟，很难进行风暴潮等极端气象条件下强浪强流的强非线性耦合水动力条件试验模拟。
技术实现思路
本技术的目的正是针对上述背景中现有的波浪、潮流耦合试验技术中所存在的缺陷和不足，提供一种波流强耦合模拟试验水池。该试验水池系统结构简单，操作方便；可同步模拟波浪和潮汐流两种海洋现象，较好地实现波浪和潮流耦合水动力条件；通过该水池系统弥补了传统试验中波流耦合模拟的单一性和不确定性，成功地实现了强浪强流强非线性耦合试验模拟，提高了对海工结构物分析与研究的可靠性和准确性。本技术提供的技术方案是：一种波流强耦合模拟试验水池，包括：水池主体结构、地下环形水库、造波机、生潮系统、消浪材料；所述水池主体结构包括水池边墙、波流耦合试验地形、进出水口；所述水池边墙位于水池四周，所述波流耦合试验地形包括依次相连的波流前池段、波流过渡段、波流试验段，所述波流前池段高程低于所述波流试验段；所述波流前池段和波流试验段上均开有进出水口，所述进出水口上布置多孔消能板；所述地下环形水库位于波流耦合试验地形下方，地下环形水库与所述进出水口相连通，所述地下环形水库内进出水口处均设置有生潮系统，所述生潮系统包括若干双向泵、流量计，所述双向泵的一端和进出水口相连通，双向泵的另一端安装流量计；所述造波机位于波流前池段且位于进出水口的外端；所述造波机的外端和波流试验段的进出水口外端均设置消浪材料；所述波流试验段上还设置有流速仪和波高仪。进一步的，所述地下环形水库顶部布置有通气管。进一步的，所述造波机包括造波机基座、驱动机构、伺服电机、摇摆式造波板，所述伺服电机安装在所述造波机基座的顶部，所述摇摆式造波板布置在所述造波机基座的前端，所述伺服电机的动力通过驱动机构传递给摇摆式造波板。进一步的，所述消浪材料包括首端消浪材料和末端消浪材料，首端消浪材料位于造波机的外端，末端消浪材料位于波流试验段的进出水口外端，所述首端消浪材料由塑料盲沟组成，紧贴造波机外端的水池边墙且垂直安装在水池边墙内侧；所述末端消浪材料由塑料盲沟和笼装大块石组成，所述塑料盲沟绑于支架的斜面上，所述支架紧邻波流试验段的进出水口外端的水池边墙；所述笼装大块石由镀锌铁丝作为网笼材料将大块石笼装于其中制成，所述笼装大块石放置于所述支架的下方。进一步的，所述水池边墙采用防渗混凝土结构，墙面采用防渗光滑涂料涂抹。进一步的，所述波流过渡段由1:6～1:10坡和水平段组成，水平段高程和所述波流试验段高程相等。进一步的，所述摇摆式造波板运动最前端与波流前池段的进出水口的距离为1～3m。根据实际试验需要，生潮系统通过双向泵生成对应流量的水流，再通过流量计校核调整。生潮系统生成的水流通过进出水口进出水池，进出水口布置的多孔效能板使得水流平顺，减少对水池水体的扰动。造波机在波流前池段生成波浪要素。波流耦合水池因造波需要，一般不采用垂向消能结构，目前波流耦合水池一般采用底部出水方式生潮，会产生“顶部流速过大、底部流速过小”现象。本试验水池波流过渡段采用1:6～1:10的坡度，可以通过斜坡增加底部流速，减小顶部流速；同时也可以利用地形对波浪浅水变形作用，增加波高而不破坏波形，提升水池的造波能力。波流过渡段上游水深大，则浪弱流弱，有利于波流弱耦合，下游水深相对较小，则浪强流强，易产生波流强耦合水动力条件，斜坡设计可以加速波浪和水流的耦合过程，使得弱浪弱流平顺过渡到强浪强流。水池首端消波结构消耗反向波能，减少对正向波的扰动，水池末端消波结构消耗波浪和水流能量，减少反射波对试验区域的影响。波流耦合过程中，由于波浪对水位影响，传统的水位监测控制已不能满足要求，需要利用波高仪监测波浪要素，利用流量计配合流速仪一同监测水流条件。本技术有益效果如下：1、功能性：本技术提供了一种波流强耦合模拟的试验水池及试验方法，可研究强浪强流流对海工结构物的联合影响，对海岸工程设计及海洋防灾减灾意义重大。2、实用性：本技术提供的试验水池及试验方法操作简单，只要按上文的步骤操作无误便可实现强浪强流强非线性的高精度模拟，缩短了同类试验在前期调试环节的工作周期。3、经济性：本技术提供的试验水池较宽，各类海工建筑物的局部模型试验不会受边壁效应的影响；试验水池造波、造流能力强劲，能适应不同尺度波、流动力要素的实验室模拟。今后开展试验时，水池不需要额外改造场地及造波造流设施，可立即投入试验，节省了同类试验的前期成本。附图说明图1是本技术的波流强耦合模拟试验水池在地面以上的平面布置图；图2是本技术的波流强耦合模拟试验水池的剖面图；图3是本技术的波流强耦合模拟试验水池的左半部分剖面放大图；图4是本技术的波流强耦合模拟试验水池的右半部分剖面放大图；图5是本技术的消浪材料的剖面图；图中：1：水池主体结构；1-1：水池边墙；1-2：波流耦合试验地形；1-2-1：波流前池段；1-2-2：波流过渡段；1-2-3：波流试验段；1-3：进出水口；2：地下环形水库；2-1：通气管；3：造波机；3-1：造波机基座；3-2：驱动机构；3-3：伺服电机；3-4：摇摆式造波板；4：生潮系统；4-1：双向泵；4-2：流量计；5：消浪材料；5-1：首端消浪材料；5-1-1：塑料盲沟；5-2：末端消浪材料；5-2-1：笼装大块石；5-2-2：支架；6-1：流速仪；6-2：波高仪。具体实施方式为能进一步了解本技术的
技术实现思路
、特点及功效，特例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。如图1-5所示，本技术提供一种波流强耦合模拟试验水池，包括：水池主体本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种波流强耦合模拟试验水池，其特征在于，包括：水池主体结构（1）、地下环形水库（2）、造波机（3）、生潮系统（4）、消浪材料（5）；所述水池主体结构（1）包括水池边墙（1‑1）、波流耦合试验地形（1‑2）、进出水口（1‑3）；所述水池边墙（1‑1）位于水池四周，所述波流耦合试验地形（1‑2）包括依次相连的波流前池段（1‑2‑1）、波流过渡段（1‑2‑2）、波流试验段（1‑2‑3），所述波流前池段（1‑2‑1）高程低于所述波流试验段（1‑2‑3）；所述波流前池段（1‑2‑1）和波流试验段（1‑2‑3）上均开有进出水口（1‑3），所述进出水口（1‑3）上布置多孔消能板（1‑3‑1）；所述地下环形水库（2）位于波流耦合试验地形（1‑2）下方，地下环形水库（2）与所述进出水口（1‑3）相连通，所述地下环形水库（2）内进出水口（1‑3）处均设置有生潮系统（4），所述生潮系统包括若干双向泵（4‑1）、流量计（4‑2），所述双向泵（4‑1）的一端和进出水口（1‑3）相连通，双向泵（4‑1）的另一端安装流量计（4‑2）；所述造波机（3）位于波流前池段（1‑2‑1）且位于进出水口（1‑3）的外端；所述造波机（3）的外端和波流试验段（1‑2‑3）的进出水口（1‑3）外端均设置消浪材料（5）；所述波流试验段（1‑2‑3）上还设置有流速仪（6‑1）和波高仪（6‑2）。...

【技术特征摘要】
1.一种波流强耦合模拟试验水池，其特征在于，包括：水池主体结构（1）、地下环形水库（2）、造波机（3）、生潮系统（4）、消浪材料（5）；所述水池主体结构（1）包括水池边墙（1-1）、波流耦合试验地形（1-2）、进出水口（1-3）；所述水池边墙（1-1）位于水池四周，所述波流耦合试验地形（1-2）包括依次相连的波流前池段（1-2-1）、波流过渡段（1-2-2）、波流试验段（1-2-3），所述波流前池段（1-2-1）高程低于所述波流试验段（1-2-3）；所述波流前池段（1-2-1）和波流试验段（1-2-3）上均开有进出水口（1-3），所述进出水口（1-3）上布置多孔消能板（1-3-1）；所述地下环形水库（2）位于波流耦合试验地形（1-2）下方，地下环形水库（2）与所述进出水口（1-3）相连通，所述地下环形水库（2）内进出水口（1-3）处均设置有生潮系统（4），所述生潮系统包括若干双向泵（4-1）、流量计（4-2），所述双向泵（4-1）的一端和进出水口（1-3）相连通，双向泵（4-1）的另一端安装流量计（4-2）；所述造波机（3）位于波流前池段（1-2-1）且位于进出水口（1-3）的外端；所述造波机（3）的外端和波流试验段（1-2-3）的进出水口（1-3）外端均设置消浪材料（5）；所述波流试验段（1-2-3）上还设置有流速仪（6-1）和波高仪（6-2）。2.根据权利要求1所述的一种波流强耦合模拟试验水池，其特征在于，所述地下环形水库（2）顶部布置有通气管（2-1）。3.根据权利要求1所述的一种波流强耦合模拟试验水池，其特征在于，所述造波机（3）包括造波机基座（3-1）、驱动机构（3-2）、伺服电机（3-3）、摇摆式造波板（3-4...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵杰，黄世昌，曾剑，赵鑫，王永举，董伟良，梁斌，许政，胡子俊，
申请(专利权)人：浙江省水利河口研究院，
类型：新型
国别省市：浙江,33