风浪流与海冰动态耦合实验装置及海冰漂移堆积实验方法制造方法及图纸

本发明专利技术是一种风浪流与海冰动态耦合实验装置，该耦合实验装置包括风浪流实验水池以及与所述风浪流实验水池连接的风浪流模拟系统，所述风浪流实验水池与所述风浪流模拟系统用于构建风浪流与海冰动态耦合的目标联合场，在所述风浪流实验水池上方设置有可调节海洋装备，模拟流动海冰与海洋结构物碰撞过程中而发生的行为；在所述风浪流实验水池的内壁两侧安装有引流板，引导并调节漂移海冰密集度。本发明专利技术能够为海冰与风浪流相互作用问题提供必要的实验技术，为极地工程装备设计运营提供支撑。撑。

【技术实现步骤摘要】
风浪流与海冰动态耦合实验装置及海冰漂移堆积实验方法


[0001]本专利技术属于极地船舶与海洋工程装备设计制造
，具体涉及一种风浪流与海冰动态耦合实验装置及海冰漂移堆积实验方法。

技术介绍

[0002]海洋中风
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浪
‑
流载荷诱导的海冰漂移、重叠、堆积过程机理，以及海冰与结构物相互作用特征，长期以来一直是极地海洋工程领域的重要课题。伴随极地海冰不断地生长与消融，海冰并不能够固定在海面某一特定位置处，而是在风浪流的作用下经常发生漂移运动。浮冰的聚集堆积造成了“成筏”或“造脊”现象，形成的新冰体导致海冰的厚度和硬度增加，堆积的浮冰会提高作用在附近海洋结构物上的冰载荷，并对结构的稳定性和正常运行造成一定的安全隐患。
[0003]近些年，围绕海冰的物理力学性质和堆积过程进行过大量研究。风浪流耦合作用下的海冰漂移堆积问题，主要方式有现场监测、理论分析、模型试验和数值模拟。在模型试验技术方面，以往主要关注风、浪、流等单因素环境下海冰参数的测试。然而，对于如何实现风浪流联合场的耦合实验，理清海冰动力学响应之间的耦合关系，并综合考虑海冰和结构参数等因素，从而精细化研究海冰漂移堆积等过程，目前仍有待进一步探索。
[0004]因此，迫切需要研发一种海冰与风浪流耦合作用动力响应实验系统及海冰漂移堆积实验方法，开展相关的水池模型实验，为极地海洋装备研发设计和极地资源探采利用提供支撑。

技术实现思路

[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术提出一种风浪流与海冰动态耦合实验装置及海冰漂移堆积实验方法，能够为海冰与风浪流相互作用问题提供必要的实验技术，为极地工程装备设计运营提供支撑。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术是通过以下技术方案实现的：
[0007]本专利技术是提供了一种风浪流与海冰动态耦合实验装置，包括实验水池，包括实验水池，其搭载的风浪流模拟系统用于构建风浪流与海冰动态耦合的目标联合场；水池内壁两侧安装有引流板，用于引导并调节漂移海冰密集度；设在实验水池上方的可调节海洋装备可以模拟流动海冰与海洋结构物碰撞过程中而发生的海冰漂移堆积爬坡等行为。本专利技术还提供一种海冰漂移堆积实验方法，主要是设置一些传感器、监测处理系统，通过试验模拟
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反馈
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分析调节的机理测量海冰阵列模型在不同参数风浪流作用下的漂移堆积特性。
[0008]本专利技术的进一步改进在于：所述的风浪流模拟系统包括造风机构、造浪机构、造流机构，所述的造风机构包括基座、风机、整流格栅，整流格栅位于风机前侧，一同安装在基座上，所述基座固定在水池壁面；所述风机包括驱动电机、扇叶、舵叶，驱动电机带动扇叶旋转，舵叶能够调整左右风向；所述整流格栅包括支架、传动轴、数个叶片，能够调整上下风向，且使风流变得更加均匀。
[0009]本专利技术的进一步改进在于：所述的造浪机构包括造波机、消波滩，当造波机工作时，风浪流水池中静水面兴起波浪，通过风浪流水池尾部的多孔隙消波滩造成波浪能量衰减，使波浪不会反射影响入射波。
[0010]本专利技术的进一步改进在于：所述的造流机构包括水泵、支流管、总管道，通过该水泵将水体增压由支流管运输到总管后再次均匀输入到实验水池，通过水泵控制水流流速，用于产生速度恒定的有效水流循环。
[0011]本专利技术的进一步改进在于：所述的可调节海洋装备包括斜坡、连接板、液压伸缩杆、六分力测量仪、支架、底座，斜坡可拆卸安装在连接板上，液压伸缩杆一端通过销轴连接在支架上，另一端可旋转连接在连接板上，实现了斜坡可调节倾角性能，六分力测量仪安装在液压伸缩杆上，测量漂移海冰施加给斜坡的载荷大小。优选的，所述的可调节海洋装备不限于斜坡，还包括曲面板、模拟海洋平台，观测不同形状的海洋结构物对漂移海冰的堆积特性。
[0012]本专利技术的进一步改进在于：所述的引导板一端通过转轴转动铰接在水池壁面，另一端带有耳板，可安装不同长度的插销，调节引流板角度，从而控制流入的海冰密集度。
[0013]本专利技术的进一步改进在于：所述的一种海冰漂移堆积实验方法主要为以下步骤：第一步：调整所述的可调节海洋装备在水池达到要求的位置处，并校正六分力测量仪和安装在基座上的监测装置；第二步：调整所述的引流板角度，放置海冰模型于实验水池中，使海冰一定的密集度海冰漂移到可调节海洋装备位置；第三步：首先由造流机构生成水流场，并达到稳定的目标流速；接着，由造风机构生成风向在水平和垂直方向上任意可调的风场，并达到稳定的风速和风剖面；最后，由造波机构生成入射波波浪场，波浪传播到海冰模型位置处达到稳定的目标波高和波周期，从而获得在空间、时间上同步连续的目标风浪流联合场。
[0014]本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术通过设置的造风机构、造浪机构和造流机构能够生成在空间、时间上同步连续的目标风浪流联合场，很好的匹配真实情况下的环境条件；(2)本专利技术设置的海冰引流板，能够模拟出海冰向冰区湾峡或港口等地形处漂移的情况，且能够间接控制海冰漂移密集度；(3)本专利技术设置的可调节海洋装备可更换不同类型的海洋结构物，其安装的监测装置能够准确观测海洋装备附近的海冰漂移堆积特性，为极地工程装备设计运营提供支撑。
附图说明
[0015]图1是本专利技术的实验装置整体机构结构示意图。
[0016]图2是本专利技术风浪流实验水池结构示意图。
[0017]图3是本专利技术造风机构结构示意图。
[0018]图4是本专利技术阵列风机结构示意图。
[0019]图5是本专利技术整流格栅结构示意图。
[0020]图6是本专利技术造浪机构结构示意图。
[0021]图7是本专利技术造流机构结构示意图。
[0022]图8是本专利技术可调节海洋装备结构示意图。
[0023]图9是本专利技术不同类型的海洋结构物结构示意图。
[0024]图10是本专利技术引导下的海冰漂移轨迹示意图。
[0025]图11是本专利技术引流板结构示意图。
[0026]图12是本专利技术海冰与曲面板耦合下的海冰漂移堆积示意图。
[0027]图13是本专利技术海冰与海洋平台耦合下的海冰漂移堆积示意图。
[0028]图14是本专利技术风浪流与海冰动态耦合下的海冰漂移堆积实验方法流程图。
[0029]其中：1：风浪流模拟系统；2：可调节海洋装备；3：海冰阵列模型；1
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1：造风机构；1
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2：造浪机构；1
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3：造流机构；1
‑1‑
1：底座；1
‑1‑
2：风机；1
‑1‑
3：整流格栅；1
‑1‑2‑
1：扇叶，1
‑1‑2‑
2：驱动电机；1
‑1‑2‑
3：舵叶；1
‑1‑3‑
1：支架；1
‑1‑3‑
2：传动轴；1
‑1‑3‑
3：叶片；1
‑2‑
1：造波机；1
‑2‑
2：消波滩；1...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种风浪流与海冰动态耦合实验装置，其特征在于：所述耦合实验装置包括风浪流实验水池以及与所述风浪流实验水池连接的风浪流模拟系统(1)，所述风浪流实验水池与所述风浪流模拟系统(1)用于构建风浪流与海冰动态耦合的目标联合场，在所述风浪流实验水池上方设置有可调节海洋装备(2)，模拟流动海冰与海洋结构物碰撞过程中而发生的行为；在所述风浪流实验水池的内壁两侧安装有引流板(3
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1)，引导并调节漂移海冰密集度。2.根据权利要求1所述风浪流与海冰动态耦合实验装置，其特征在于：所述风浪流模拟系统(1)包括至少一组造风机构(1
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1)、造浪机构(1
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2)和造流机构(1
‑
3)，所述造风机构(1
‑
1)固定在所述风浪流实验水池的壁面，所述造浪机构(1
‑
2)设置在所述风浪流实验水池内部，所述造流机构(1
‑
3)设置在所述风浪流实验水池的外侧且所述造流机构(1
‑
3)与所述造浪机构(1
‑
2)相连接。3.根据权利要求2所述风浪流与海冰动态耦合实验装置，其特征在于：所述造风机构(1
‑
1)包括数个将所述造风机构(1
‑
1)与所述风浪流实验水池连接的底座(1
‑1‑
1)，所述底座(1
‑1‑
1)通过螺栓安装在所述风流浪试验水池外侧壁面，在每个所述底座(1
‑1‑
1)上设置有风机(1
‑1‑
2)，在数个所述风机(1
‑1‑
2)的前侧设置有安装在底座(1
‑1‑
1)上的整流格栅(1
‑1‑
3)，所述风机(1
‑1‑
2)包括固定在所述底座(1
‑1‑
1)上的驱动电机(1
‑1‑2‑
2)，所述驱动电机(1
‑1‑2‑
2)设置有扇叶(1
‑1‑2‑
1)和舵叶(1
‑1‑2‑
3)，驱动电机(1
‑1‑2‑
2)带动扇叶(1
‑1‑2‑
1)旋转，舵叶(1
‑1‑2‑
3)调整左右风向，所述整流格栅(1
‑1‑
3)包括与所述风流浪试验水池壁面固定连接的两个支架(1
‑1‑3‑
1)，两个所述支架(1
‑1‑3‑
1)上分别设置有传动轴(1
‑1‑3‑
2)，所述传动轴(1
‑1‑3‑
2)之间设置数个调整上下风向的叶片(1
‑1‑3‑
3)。4.根据权利要求2所述风浪流与海冰动态耦合实验装置，其特征在于：所述造浪机构(1
‑
2)包括安装在所述风流浪试验水池头部的造波机(1
‑2‑
1)和倾斜安装在所述风流浪试验水池尾部的多阻尼孔消波滩(1
‑2‑
2)，所述造浪机构(1
‑
2)还包括进出水口(1
‑2‑
3)，所述进出水口(1
‑2‑
3)的一端与所述风流浪试验水池头部和尾部相连接，所述进出水口(1
‑2‑
3)的另一端通过法兰与所述造流机构(1
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3)相连接。5.根据权利要求2所...

【专利技术属性】
技术研发人员：李志富，周渝凯，石玉云，赵桥生，胡俊明，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：