波流斜交模擬水槽的制作方法
【專利摘要】波流斜交模擬水槽，該裝置專門用于模擬在淤泥質灘涂上的風浪掀沙和潮流輸沙的聯合造床運動，其特征在于，包括：包括主流泵、水槽、地下水庫、造波機；所述的主流泵出口設置在水槽進水端，進口設置在地下水庫中；水槽出水端連接地下水庫，主流泵驅動水流在水槽和地下水庫之間循環，所述的造波機布置在水槽的左側或右側。所述的造波機包括：推波板、推臂、推波電機、旋轉平臺和整體升降支架；所述的推波板通過推臂與推波電機相連；所述的旋轉平臺固定在整體升降支架頂部，升降支架由4個千斤頂組成；所述的推波電機固定在旋轉平臺上。屬于海岸模型試驗領域。本本實用新型提供了一種專門用于模擬在淤泥質灘涂上的風浪掀沙和潮流輸沙的聯合造床運動的波流斜交模擬水槽試驗裝置；本實用新型提供的波流斜交模擬水槽試驗裝置模擬的得到的風浪掀沙和潮流輸沙的聯合造床運動產生的河床地形與天然地形基本吻合。
【專利說明】波流斜交模擬水槽
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種在海岸模型試驗中水槽試驗裝置，尤其是一種在淤泥質潮灘環境下能有效的同時模擬風浪掀沙和潮流輸沙機制的波流斜交模擬裝置，屬于海岸工程模型試驗領域。
【背景技術】
[0002]淤泥質潮灘主要是指分布在河口海岸潮間帶由細顆粒泥沙組成的灘地。利用豐富的灘涂資源進行圍墾造地一直是緩解當前我國人多地少矛盾的主要措施。然而由于河口的水動力及地質條件非常復雜，目前對波流作用下淤泥質潮灘演變規律還沒有充分地認識與理解，使得近岸灘涂的合理開發與利用受到諸多限制。風浪掀沙和潮流輸沙是淤泥質潮灘演變的重要機制。相關的理論研究與數值模型的建立需要大量可靠而詳盡的實驗數據來加以驗證和優化。相對于現場原位試驗而言，模型試驗方法具有費用低廉，易于操作、外界干擾因素少等優點，在科學研究中具有不可替代的作用。現有的模型試驗一般采用波流水槽進行。但是現有波流水槽存在以下問題:
[0003]1、現有的波流水槽一般通過電機驅動式伺服造波機在水槽內造波；潮流模擬系統采用將變頻水泵并聯在造流管路中，再連接至水槽首尾下端的均流箱里，與整個水槽構成一個閉合的水流回路。因此現有波流水槽其潮流傳播方向一般與波浪傳播方向平行。而在天然狀態下，潮流一般以平行于岸線的沿岸往復流為主，風浪掀沙的行波傳播方向一般與岸線成一定的夾角。因此現有的波流水槽很難模擬由于風浪掀沙和潮流輸沙共同作用對造床泥沙的影響。
[0004]2、在現有的波流水槽中，由于波浪周期和潮流周期的時間系列組合作用，將造波機簡單地與潮流方向布置成非平行或非垂直的夾角，并不能獲得風浪掀沙和潮流輸沙的共同作用效果。
[0005]3、大型的港池造波系統通過將造波面離散化，采用矩陣式控制，可以模擬波流斜交的作用效果，但是其造價昂貴，單次試驗投入和占有空間大，不利于推廣。
[0006]為了解決以上技術問題，本實用新型為淤泥質灘涂演變試驗研究提供一種可變造波面的波流斜交模擬水槽試驗裝置，該裝置能有效的模擬風浪掀沙和潮流輸沙的機制。
實用新型內容
[0007]本實用新型要解決的技術問題就是提供一種波流斜交模擬水槽試驗裝置，該裝置專門用于模擬在淤泥質灘涂上的風浪掀沙和潮流輸沙的聯合造床運動。
[0008]一種在海岸模型試驗中的淤泥質潮灘波流斜交模擬水槽裝置，包括主流泵、水槽、地下水庫、造波機；所述的主流泵出口設置在水槽進水端，進口設置在地下水庫中；水槽出水端連接地下水庫，主流泵驅動水流在水槽和地下水庫之間循環，所述的造波機布置在水槽的左側或右側。
[0009]所述的造波機包括:推波板、推臂、推波電機、旋轉平臺和整體升降支架；所述的推波板通過推臂與推波電機相連；所述的旋轉平臺固定在整體升降支架頂部，升降支架由4個千斤頂組成；所述的推波電機固定在旋轉平臺上。
[0010]所述的推波板包括:推臂牛腿、固定板和活動板，自活動板底緣至固定板頂部整個推波板的總高度為模型波高2A ；
[0011]所述的推臂牛腿焊接在固定板上；
[0012]所述的活動板長度為2A/3并通過連接銷釘固定在固定板上，連接銷釘固定的位置為固定板自下而上2A/3位置，固定板總長度范圍為自下而上A/3到2A，活動板總長度范圍為自下而上O到2A/3，其中自下而上A/3到2A/3范圍為活動板固定板重復部分；
[0013]所述的通過銷釘固定的活動板曲線型式與固定板此長度范圍的曲線一致。
[0014]經過以上方式連接的活動板和固定板在推波時2A長度的推波板共同向前運動，在后退時底部的活動板在水流作用下挑起，其中自下而上O到A/3范圍推波板不起作用。
[0015]所述的固定板縱剖線包括如下三種型式:
[0016]以下各剖線通過方程表示，坐標系為右手坐標系，即X軸為水平向，y軸為縱向；
[0017]在潮流方向與波浪方向相同時采用直線型式，直線方程為x=0，(-A ^ y ^ A)，2A為模型波高，推臂牛腿的中心線與X軸重合，且取為I軸的左側；
[0018]在潮流方向 與波浪方向相互垂直時采用拋物線型式，拋物線方程為x=y2/50(-A^ y ^ A)，2A為模型波高，推臂牛腿的中心線與X軸重合，且取為y軸的左側；
[0019]在潮流方向與波浪方向成夾角Θ時⑶^^/^)，采用正弦曲線，曲線方程為y=sin(x+0) (0<x<3i/2),推臂牛腿的中心線方程為
^ - co"θ + 5?ηθ.= 71.—且取為正弦曲線的上方，剖線加工尺寸
22(1 — sin Θ)2
根據模型波高進行正態縮放，即將正弦曲線上點(Θ，sin Θ )到[(Θ + π /2)，sin ( Θ + π /2)]的距離設置為波高2Α。
[0020]所述的推臂包括:推臂支架、變長曲軸、連桿、連桿套，所述的推臂支架為伸縮式，采用4個千斤頂作為支撐，所述的變長曲軸最大可用半徑為0.5m，最小可用半徑為0.08m,推距為可用半徑的2倍，經實用新型者反復試驗得到在模型模擬天然波浪情況下，推距在
0.16m到1.0m之間基本包含了所需要模擬波浪的大部分系列。因此變長曲軸的范圍設置為
0.08m~0.5m是最優的。
[0021]所述的推波電機采用伺服電機或步進電機；
[0022]所述的旋轉平臺通過分為旋轉部分和固定部分，固定部分焊接在升降支架上，旋轉部分通過軸承和銷釘與固定部分相連。
[0023]本實用新型有如下有益效果:
[0024]( I)本實用新型提供了一種專門用于模擬在淤泥質灘涂上的風浪掀沙和潮流輸沙的聯合造床運動的波流斜交模擬水槽試驗裝置；
[0025](2)本實用新型提供的波流斜交模擬水槽試驗裝置模擬的得到的風浪掀沙和潮流輸沙的聯合造床運動產生的河床地形與天然地形基本吻合；
[0026](3)本實用新型較現有裝置節約制作成本。
【專利附圖】
【附圖說明】[0027]圖1為本實用新型裝置的整體俯視示意圖；
[0028]圖2為本實用新型裝置的造波機整體側視示意圖；
[0029]圖3為本實用新型裝置的造波機整體俯視示意圖；
[0030]圖4為本實用新型裝置的推波板在潮流方向與波浪方向垂直時采用的拋物線型縱剖面；
[0031]圖5為本實用新型裝置的推波板在潮流方向與波浪方向夾角π /4時采用的正弦曲線剖面；
[0032]圖6為本實用新型裝置的推波板在潮流方向與波浪方向夾角π /6時采用的正弦曲線剖面；
[0033]圖7為本實用新型裝置的推波板在潮流方向與波浪方向夾角π /3時采用的正弦曲線剖面。
[0034]本實用新型的設備包括:主流泵1、水槽2、地下水庫3、造波機4、推波板41、推臂42、推波電機43、旋轉平臺44、整體升降支架45、推臂牛腿421、固定板411、活動板412、連接銷釘413、推臂支架422、變長曲軸46、連桿47、連桿套471。
【具體實施方式】
[0035]實施例一
[0036]下面結合附圖及具體實施例對本實用新型進行詳細說明。
[0037]一種在水利模型試驗中的淤泥質潮灘波流斜交模擬水槽裝置，包括主流泵1、水槽2、地下水庫3、造波機4 ;所述的主流泵I出口設置在水槽2進水端，進口設置在地下水庫3中；水槽2出水端連接地下水庫3，主流泵I驅動水流在水槽2和地下水庫3之間循環，所述的造波機4布置在水槽2的左側或右側。
[0038]所述的造波機4包括:推波板41、推臂42、推波電機43、旋轉平臺44和整體升降支架45 ;所述的推波板41通過推臂42與推波電機43相連；所述的旋轉平臺44固定在整體升降支架45頂部；所述的推波電機43固定在旋轉平臺44上。
[0039]所述的推波板41包括:推臂牛腿421、固定板411和活動板412，整個推波板41的總高度為模型波高2A，自活動板底緣至固定板頂部；
[0040]所述的推臂牛腿421焊接在固定板上；
[0041]所述的活動板長度為2A/3并通過連接銷釘413固定在固定板411上，連接銷釘413固定的位置為固定板411自下而上2A/3位置，固定板411總長度范圍為自下而上A/3到2A，活動板412總長度范圍為自下而上O到2A/3，其中自下而上A/3到2A/3范圍為活動板412固定板411重復部分；
[0042]所述的通過連接銷釘413固定的活動板412曲線型式與固定板411此長度范圍的
曲線一致。
[0043]經過以上方式連接的活動板412和固定板411在推波時，2A長度的推波板共同向前運動，在后退時底部的活動板412在水流作用下挑起，其中自下而上O到A/3范圍推波板不起作用。
[0044]在潮流方向與波浪方向相同時所述的固定板411縱剖線采用直線型式，直線方程為x=0，(-A^ y ^ A)，2A為模型波高，推臂牛腿的中心線與x軸重合，且取為y軸的左側；[0045]直線型式的剖線通過方程表示，坐標系為右手坐標系，即X軸為水平向，y軸為縱向；
[0046] 所述的推臂包括:推臂支架422、變長曲軸46、連桿47、連桿套471，所述的推臂支架422為伸縮式,所述的變長曲軸46最大可用半徑為0.5m,最小可用半徑為0.08m,推距為可用半徑的2倍，經實用新型者反復試驗得到在模型模擬天然波浪情況下，推距在0.16m到1.0m之間基本包含了所需要模擬波浪的大部分系列。因此變長曲軸46的范圍設置為
0.08m~0.5m是最優的。
[0047]所述的推波電機43采用伺服電機或步進電機；
[0048]所述的旋轉平臺44通過分為旋轉部分和固定部分，固定部分焊接在升降支架上，旋轉部分通過軸承和銷釘與固定部分相連。
[0049]實施例二
[0050]一種在水利模型試驗中的淤泥質潮灘波流斜交模擬水槽裝置，包括主流泵1、水槽
2、地下水庫3、造波機4 ;所述的主流泵I出口設置在水槽2進水端，進口設置在地下水庫3中；水槽2出水端連接地下水庫3，主流泵I驅動水流在水槽2和地下水庫3之間循環，所述的造波機4布置在水槽2的左側或右側。
[0051]所述的造波機4包括:推波板41、推臂42、推波電機43、旋轉平臺44和整體升降支架45 ;所述的推波板41通過推臂42與推波電機43相連；所述的旋轉平臺44固定在整體升降支架45頂部；所述的推波電機43固定在旋轉平臺44上。
[0052]所述的推波板41包括:推臂牛腿421、固定板411和活動板412，整個推波板41的總高度為模型波高2A，自活動板底緣至固定板頂部；
[0053]所述的推臂牛腿421焊接在固定板上；
[0054]所述的活動板長度為2A/3并通過連接銷釘413固定在固定板411上，連接銷釘413固定的位置為固定板411自下而上2A/3位置，固定板411總長度范圍為自下而上A/3到2A，活動板412總長度范圍為自下而上O到2A/3，其中自下而上A/3到2A/3范圍為活動板412固定板411重復部分；
[0055]所述的通過連接銷釘413固定的活動板412曲線型式與固定板411此長度范圍的
曲線一致。
[0056]經過以上方式連接的活動板412和固定板411在推波時，2A長度的推波板共同向前運動，在后退時底部的活動板412在水流作用下挑起，其中自下而上O到A/3范圍推波板不起作用。
[0057]在潮流方向與波浪方向相互垂直時所述的固定板411縱剖線采用拋物線型式，拋物線方程為x=y2/50 (-A^y ^ A)，2A為模型波高，推臂牛腿的中心線與x軸重合，且取為y軸的左側；
[0058]坐標系為右手坐標系，即X軸為水平向，y軸為縱向；
[0059]所述的推臂包括:推臂支架422、變長曲軸46、連桿47、連桿套471，所述的推臂支架422為伸縮式,所述的變長曲軸46最大可用半徑為0.5m,最小可用半徑為0.08m,推距為可用半徑的2倍，經實用新型者反復試驗得到在模型模擬天然波浪情況下，推距在0.16m到1.0m之間基本包含了所需要模擬波浪的大部分系列。因此變長曲軸46的范圍設置為
0.08m~0.5m是最優的。[0060]所述的推波電機43采用伺服電機或步進電機；
[0061]所述的旋轉平臺44通過分為旋轉部分和固定部分，固定部分焊接在升降支架上，旋轉部分通過軸承和銷釘與固定部分相連。
[0062]實施例三
[0063]一種在水利模型試驗中的淤泥質潮灘波流斜交模擬水槽裝置，包括主流泵1、水槽
2、地下水庫3、造波機4 ;所述的主流泵I出口設置在水槽2進水端，進口設置在地下水庫3中；水槽2出水端連接地下水庫3，主流泵I驅動水流在水槽2和地下水庫3之間循環，所述的造波機4布置在水槽2的左側或右側。
[0064]所述的造波機4包括:推波板41、推臂42、推波電機43、旋轉平臺44和整體升降支架45 ;所述的推波板41通過推臂42與推波電機43相連；所述的旋轉平臺44固定在整體升降支架45頂部；所述的推波電機43固定在旋轉平臺44上。
[0065]所述的推波板41包括:推臂牛腿421、固定板411和活動板412，整個推波板41的總高度為模型波 高2A，自活動板底緣至固定板頂部；
[0066]所述的推臂牛腿421焊接在固定板上；
[0067]所述的活動板長度為2A/3并通過連接銷釘413固定在固定板411上，連接銷釘413固定的位置為固定板411自下而上2A/3位置，固定板411總長度范圍為自下而上A/3到2A，活動板412總長度范圍為自下而上O到2A/3，其中自下而上A/3到2A/3范圍為活動板412固定板411重復部分；
[0068]所述的通過連接銷釘413固定的活動板412曲線型式與固定板411此長度范圍的
曲線一致。
[0069]經過以上方式連接的活動板412和固定板411在推波時，2A長度的推波板共同向前運動，在后退時底部的活動板412在水流作用下挑起，其中自下而上O到A/3范圍推波板不起作用。
[0070]在潮流方向與波浪方向成夾角Θ時(0〈 Θ〈 Ji/2)，所述的固定板411縱剖線采用拋物線型式，曲線方程為y=sin(x+0) (0〈χ〈 π/2)，推臂牛腿的中心線方程為
r - C0S ^ ^ sln^ = π.且取為正弦曲線的上方，剖線加工尺寸
22(1 — sin Θ)2
根據模型波高進行正態縮放，即將正弦曲線上點(Θ，sin Θ )到[(Θ + π /2)，sin ( Θ + π /2)]的距離設置為波高2Α。
[0071]坐標系為右手坐標系，即X軸為水平向，y軸為縱向。
[0072]圖5給出了推波板在潮流方向與波浪方向夾角π/4時即Θ =Ji/4時的正弦曲線剖面；
[0073]圖6給出了推波板在潮流方向與波浪方向夾角π/6時即Θ =Ji/6時的正弦曲線剖面；
[0074]圖7給出了推波板在潮流方向與波浪方向夾角π/3時即0=ji/3時的正弦曲線剖面。
[0075]所述的推臂包括:推臂支架422、變長曲軸46、連桿47、連桿套471，所述的推臂支架422為伸縮式,所述的變長曲軸46最大可用半徑為0.5m,最小可用半徑為0.08m,推距為可用半徑的2倍，經實用新型者反復試驗得到在模型模擬天然波浪情況下，推距在0.16m到1.0m之間基本包含了所需要模擬波浪的大部分系列。因此變長曲軸46的范圍設置為
0.08m?0.5m是最優的。
[0076]所述的推波電機43采用伺服電機或步進電機；
[0077]所述的旋轉平臺44通過分為旋轉部分和固定部分，固定部分焊接在升降支架上，旋轉部分通過軸承和銷釘與固定部分相連。
【權利要求】
1.波流斜交模擬水槽，包括主流泵、水槽、地下水庫、造波機；所述的主流泵出口設置在水槽進水端，進口設置在地下水庫中；水槽出水端連接地下水庫，主流泵驅動水流在水槽和地下水庫之間循環，所述的造波機布置在水槽的左側或右側； 所述的造波機包括:推波板、推臂、推波電機、旋轉平臺和整體升降支架；所述的推波板通過推臂與推波電機相連；所述的旋轉平臺固定在整體升降支架頂部，升降支架由4個千斤頂組成；所述的推波電機固定在旋轉平臺上； 所述的推波板包括:推臂牛腿、固定板和活動板，自活動板底緣至固定板頂部整個推波板的總高度為模型波高2A ； 所述的推臂牛腿焊接在固定板上； 所述的活動板長度為2A/3并通過連接銷釘固定在固定板上，連接銷釘固定的位置為固定板自下而上2A/3位置，固定板總長度范圍為自下而上A/3到2A，活動板總長度范圍為自下而上O到2A/3，其中自下而上A/3到2A/3范圍為活動板固定板重復部分； 所述的通過銷釘固定的活動板曲線型式與固定板此長度范圍的曲線一致。
2.根據權利要求1所述的波流斜交模擬水槽，其特征在于:所述的固定板縱剖線包括如下三種型式: 以下各剖線通過方程表示，坐標系為右手坐標系，即X軸為水平向，y軸為縱向； 在潮流方向與波浪方向相同時采用直線型式，直線方程為x=0，(-A^ y ^ A)，2A為模型波高，推臂牛腿的中心線與X軸重合，且取為I軸的左側； 在潮流方向與波浪方向相互垂直時采用拋物線型式，拋物線方程為x=y2/50(-A^ y ^ A)，2A為模型波高，推臂牛腿的中心線與X軸重合，且取為y軸的左側； 在潮流方向與波浪方向成夾角Θ時⑶^^/^)，采用正弦曲線，曲線方程為y=sin(x+0) (0<x<3i/2),推臂牛腿的中心線方程為7 - CQS θ Xsln θ = π.且取為正弦曲線的上方，剖線加工尺寸
22(1 — sin Θ)2根據模型波高進行正態縮放，即將正弦曲線上點(Θ，sin Θ )到[(Θ + π /2)，sin ( Θ + π /2)]的距離設置為波高2Α。
3.根據權利要求1所述的波流斜交模擬水槽，其特征在于:所述的推臂包括:推臂支架、變長曲軸、連桿、連桿套，所述的推臂支架為伸縮式，采用4個千斤頂作為支撐，所述的變長曲軸最大可用半徑為0.5m,最小可用半徑為0.08m。
4.根據權利要求1所述的波流斜交模擬水槽，其特征在于:所述的推波電機采用伺服電機。
5.根據權利要求1所述的波流斜交模擬水槽，其特征在于:所述的旋轉平臺通過分為旋轉部分和固定部分，固定部分焊接在升降支架上，旋轉部分通過軸承和銷釘與固定部分相連。
【文檔編號】G01M10/00GK203772518SQ201420152788
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年3月31日 優先權日:2014年3月31日
【發明者】潘冬子, 潘存鴻, 曾劍, 孫超 申請人:浙江省水利河口研究院