【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于船舶与海洋工程实验领域，特别是涉及一种基于冲箱造波法的风浪流海冰耦合实验装置及实验方法。
技术介绍
1、近年来，随着海冰的逐渐消融，极地的研究日益获得国内外的重视。极地蕴藏着全球22％以上的石油和天然气，是未来重要的能源和资源基地。除此之外，北极航道的开辟缩减了至少1/3的航程，将大量减少航运时间，提高了航运效率。为开发北极资源与开发北极航道，各国加大了对极地航行船舶及浮体结构的研发力度。极地极端的载荷环境条件也引起了许多复杂的力学问题，相较于常规海域，其中极地特有的海冰载荷研究显得尤为重要，北极海冰的平均厚度可达到3米，给极地航行体与设备带来了较大的困难。为提高极地设备运输效率。研究海洋中风浪流载荷与海冰的耦合导致的海冰毁伤与结构响应问题迫在眉睫。
2、极地船舶破冰航行中遭遇的海冰，按其表面特性分为平整冰和变形冰两种。民用船舶适用的主要针对层冰。为提高北极航道商船的破冰效率，进而提高其经济效益，推动北极航道的开发利用，对层冰的研究不可忽视。
3、在现有的相关研究中，尚未出现关于细长型的冰水池中，模拟风浪流海冰耦合条件下，观测层冰动态响应的试验装置。方形冰水池的造流区域通常仅为池宽的1/2-1/3之内，可以允许造流机产生的海流在非造流区域的回流和实验远端的回转，如图13所示。而针对细长型的长条拖曳水池，造流区域通常需要与池宽相等或者略小于池宽，传统的长条拖曳水池无法满足风浪流海冰耦合实验的要求。
4、公开号为cn114910249a的中国专利公开了一种风浪流与海冰动态耦合实验装置
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术旨在提出一种基于冲箱造波法的风浪流海冰耦合实验装置及实验方法，以解决现有方案无法满足风浪流海冰耦合实验的要求的问题。
2、为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种基于冲箱造波法的风浪流海冰耦合实验装置，它包括造风系统、造波系统、造流系统和消波装置，所述造风系统和造波系统均设置在细长型冰水池的同一侧的外部，所述细长型冰水池内部两侧均设置有消波装置，所述造流系统沿长度方向设置在细长型冰水池中央，所述造流系统包括喷流总管、隔流板和双向造流泵，所述双向造流泵数量为两个，两个双向造流泵分别设置在隔流板的左右两侧，每个双向造流泵的造流口均位于隔流板的上下两侧，所述双向造流泵的每个造流口均连接一个喷流总管，所述造波系统为冲箱造波机，所述冲箱造波机的冲箱位于两个双向造流泵的上方。
3、更进一步的，所述喷流总管上设置有若干个喷流嘴。
4、更进一步的，所述双向造流泵的每个造流口均通过流管与喷流总管相连。
5、更进一步的，所述冲箱通过多个连接杆与驱动电机相连。
6、更进一步的，所述驱动电机与支架顶端相连，支架底端与细长型冰水池外部相连。
7、更进一步的，所述造风系统包括风机、双调向格栅和可调风机底座，所述风机和双调向格栅均安装在可调风机底座上，所述双调向格栅设置在风机出风口前方，所述可调风机底座与细长型冰水池相连。
8、更进一步的，所述双调向格栅包括纵向角度调节器、多个纵向叶片、横向角度调节器和多个横向叶片，多个横向叶片均与横向角度调节器相连，多个纵向叶片均与纵向角度调节器相连。
9、更进一步的，所述消波装置包括底部滑轨、垂向滑轨、滑轮和消波板，所述底部滑轨与细长型冰水池底面相连，所述垂向滑轨与细长型冰水池侧壁相连，所述消波板的两侧分别通过滑轮与底部滑轨和垂向滑轨相连。
10、更进一步的，所述消波板采用复合材料制成，所述底部滑轨和垂向滑轨由合金钢制成。
11、本专利技术还提供了一种基于冲箱造波法的风浪流海冰耦合实验装置的实验方法，它包括以下步骤：
12、步骤1：安装实验装置，其中造流系统的最上侧距离静水面10cm之间；
13、步骤2：放置层冰，层冰的厚度为5mm，层冰左侧距冲箱可抵达的最右侧在1.5-2.5m之间；
14、步骤3：开启造风系统并调整左右风向和上下风向，风速2-10m/s；
15、步骤4：打开两个双向造流泵，两个双向造流泵分别进行推流和吸流，生成与浪向相同或相反的流向，水流围绕隔流板顺时针或逆时针转动，形成内循环水流，调节双向造流泵的功率，控制流速在0.02-0.2m/s之间，模拟极地流场；
16、步骤5：开启造波系统，调节造波系统的功率及强度，进而控制波高和波长，控制波高在0.1m以内，波长在1.5-2m之间；
17、步骤6：调节消波装置，直至消除至少85％的波浪；
18、步骤7：记录实验数据，采集实验图像，观测层冰的断裂长度及毁伤形式。
19、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术提供一种适用于细长型冰水池的风浪流海冰耦合实验装置及实验方法。能够依靠造风系统和冲箱造波机进行造风造波，依靠一种内循环式的造流系统进行造流，进而完成冰水池中的风浪流与海冰的耦合，观测海冰结构的动态响应。
20、具体优点如下：
21、1.填补了现有细长型冰水池中模拟风浪流—海冰耦合条件下层冰动态响应装置的空白。
22、2.采用内循环造流，可以保证实验中海流的均匀与连续，减少冰水池外部的影响。
23、3.内循环造流中采用双向推流泵，可实现双向造流，模拟多种工况。
24、4.采用内循环造流，利用隔流板实现上下循环造流，所需空间较小，弥补现有侧向循环造流仅适用于方形冰水池的不足，解决了细长型冰水池造流不便的问题。
25、5.采用冲箱造波的方式，可以保留隔流板上层的波浪，模拟实际情况下浪与流之间的相互干扰与耦合，减少实验误差。
26、6.造风系统采用可拆卸双调向格栅，便于控制风向，模拟多种工况。
27、7.消波系统采用滑轨装置，可调节角度，便于实验进行。
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1.一种基于冲箱造波法的风浪流海冰耦合实验装置，其特征在于：它包括造风系统(1)、造波系统(2)、造流系统(3)和消波装置(4)，所述造风系统(1)和造波系统(2)均设置在细长型冰水池(6)的同一侧的外部，所述细长型冰水池(6)内部两侧均设置有消波装置(4)，所述造流系统(3)沿长度方向设置在细长型冰水池(6)中央，所述造流系统(3)包括喷流总管(3-1)、隔流板(3-2)和双向造流泵(3-3)，所述双向造流泵(3-3)数量为两个，两个双向造流泵(3-3)分别设置在隔流板(3-2)的左右两侧，每个双向造流泵(3-3)的造流口均位于隔流板(3-2)的上下两侧，所述双向造流泵(3-3)的每个造流口均连接一个喷流总管(3-1)，所述造波系统(2)为冲箱造波机，所述冲箱造波机的冲箱(2-2)位于两个双向造流泵(3-3)的上方。
2.根据权利要求1所述的一种基于冲箱造波法的风浪流海冰耦合实验装置，其特征在于：所述喷流总管(3-1)上设置有若干个喷流嘴(3-5)。
3.根据权利要求1所述的一种基于冲箱造波法的风浪流海冰耦合实验装置，其特征在于：所述双向造流泵(3-3)
4.根据权利要求1所述的一种基于冲箱造波法的风浪流海冰耦合实验装置，其特征在于：所述冲箱(2-2)通过多个连接杆(2-3)与驱动电机(2-1)相连。
5.根据权利要求4所述的一种基于冲箱造波法的风浪流海冰耦合实验装置，其特征在于：所述驱动电机(2-1)与支架(2-4)顶端相连，支架(2-4)底端与细长型冰水池(6)外部相连。
6.根据权利要求1所述的一种基于冲箱造波法的风浪流海冰耦合实验装置，其特征在于：所述造风系统(1)包括风机(1-1)、双调向格栅(1-2)和可调风机底座(1-3)，所述风机(1-1)和双调向格栅(1-2)均安装在可调风机底座(1-3)上，所述双调向格栅(1-2)设置在风机(1-1)出风口前方，所述可调风机底座(1-3)与细长型冰水池(6)相连。
7.根据权利要求6所述的一种基于冲箱造波法的风浪流海冰耦合实验装置，其特征在于：所述双调向格栅(1-2)包括纵向角度调节器(1-2-1)、多个纵向叶片(1-2-2)、横向角度调节器(1-2-3)和多个横向叶片(1-2-4)，多个横向叶片(1-2-4)均与横向角度调节器(1-2-3)相连，多个纵向叶片(1-2-2)均与纵向角度调节器(1-2-1)相连。
8.根据权利要求1所述的一种基于冲箱造波法的风浪流海冰耦合实验装置，其特征在于：所述消波装置(4)包括底部滑轨(4-1)、垂向滑轨(4-2)、滑轮(4-3)和消波板(4-4)，所述底部滑轨(4-1)与细长型冰水池(6)底面相连，所述垂向滑轨(4-2)与细长型冰水池(6)侧壁相连，所述消波板(4-4)的两侧分别通过滑轮(4-3)与底部滑轨(4-1)和垂向滑轨(4-2)相连。
9.根据权利要求8所述的一种基于冲箱造波法的风浪流海冰耦合实验装置，其特征在于：所述消波板(4-4)采用复合材料制成，所述底部滑轨(4-1)和垂向滑轨(4-2)由合金钢制成。
10.一种如权利要求1所述基于冲箱造波法的风浪流海冰耦合实验装置的实验方法，其特征在于：它包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种基于冲箱造波法的风浪流海冰耦合实验装置，其特征在于：它包括造风系统(1)、造波系统(2)、造流系统(3)和消波装置(4)，所述造风系统(1)和造波系统(2)均设置在细长型冰水池(6)的同一侧的外部，所述细长型冰水池(6)内部两侧均设置有消波装置(4)，所述造流系统(3)沿长度方向设置在细长型冰水池(6)中央，所述造流系统(3)包括喷流总管(3-1)、隔流板(3-2)和双向造流泵(3-3)，所述双向造流泵(3-3)数量为两个，两个双向造流泵(3-3)分别设置在隔流板(3-2)的左右两侧，每个双向造流泵(3-3)的造流口均位于隔流板(3-2)的上下两侧，所述双向造流泵(3-3)的每个造流口均连接一个喷流总管(3-1)，所述造波系统(2)为冲箱造波机，所述冲箱造波机的冲箱(2-2)位于两个双向造流泵(3-3)的上方。
2.根据权利要求1所述的一种基于冲箱造波法的风浪流海冰耦合实验装置，其特征在于：所述喷流总管(3-1)上设置有若干个喷流嘴(3-5)。
3.根据权利要求1所述的一种基于冲箱造波法的风浪流海冰耦合实验装置，其特征在于：所述双向造流泵(3-3)的每个造流口均通过流管(3-4)与喷流总管(3-1)相连。
4.根据权利要求1所述的一种基于冲箱造波法的风浪流海冰耦合实验装置，其特征在于：所述冲箱(2-2)通过多个连接杆(2-3)与驱动电机(2-1)相连。
5.根据权利要求4所述的一种基于冲箱造波法的风浪流海冰耦合实验装置，其特征在于：所述驱动电机(2-1)与支架(2-4)顶端相连，支架(2-4)底端与细长型冰水池(6)外部相连。
...【专利技术属性】
技术研发人员：韩端锋，袁广宇，倪宝玉，宋佳蕊，武奇刚，王海霄，于逍，鲁阳，薛彦卓，狄少丞，鞠磊，王庆，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：
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