一種用于研究波浪作用下水質點運動軌跡的裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型屬于波浪水槽實驗研究領域，具體是一種用于研究波浪作用下水質點運動軌跡的裝置，包括水槽，分別布置于水槽內部兩端的造波裝置與消波裝置，置于水槽中的懸浮液以及分散于懸浮液中的若干個不同顏色的示蹤粒子，其中示蹤粒子與懸浮液等密度。本實用新型的裝置清楚的展示了波浪內部水質點的位置，有利于直觀判斷波浪內部水質點的運動軌跡。
【專利說明】
一種用于研究波浪作用下水質點運動軌跡的裝置
技術領域
[0001]本實用新型屬于波浪水槽實驗研究領域，具體是一種用于研究波浪作用下水質點運動軌跡的裝置。
【背景技術】
[0002]隨著科學技術的發展，人類探索海洋的步伐也在飛速前進。21世紀將是全面開發利用海洋的時代，要開發利用海洋，就必須認識海洋，這就決定了研究波浪運動的重要意義和緊迫性。波浪是河口近岸海域各類結構物無法回避的動力因素，波浪作用是各類結構物設計、施工和維護過程中必須面對的物理現象。因此，波浪運動的研究是我們開發利用海洋及沿海資源、保護海洋環境所必須深入了解的。由于波浪運動中的水質點運動特性直接決定了結構物的波流荷載，因此一直是人們關注的熱點問題。
[0003]對波浪運動研究的關鍵便是能實時地觀測波浪全方位的速度，已有研究表明，波浪對物體進行沖擊時，產生最大傷害的沖擊力不是表面行進的波速而是由波浪內部水質點的速度即海流速度，即使受災體脆弱性很小，也難以避免波浪內部水質點所引起的海浪災害。在海洋工程的設計過程中，經常需要對各種海洋水文氣象的參數進行統計分析，其中波浪運動參數作為一種重要的水文參數，對某些海洋工程來說是很必要的。海洋中的波浪觀測資料是有限的，往往不能滿足海洋工程的需求。
[0004]前人對波浪的觀測多局限于利用海上浮標采集波高和波速等宏觀波浪運動特性，但對波流相互作用內部水質點的運動情況卻沒有相關技術手段進行觀測。而現有的研究進展已然對如何觀察波流相互作用內部水質點的運動情況提出要求。
[0005]水質點示蹤是指利用人為制造的示蹤劑來替代水質點，用攝像機等儀器拍攝示蹤劑的運動軌跡，然后根據示蹤子的軌跡對水質點的運動進行深入的分析。據現有的研究理論可知，包含傳播速度和水質點速度在內的波浪運動特性，決定了波浪載荷的大小，與波浪災害密切相關。但由于常用波浪定義僅和波高有關，不考慮運動特性的影響，且對波浪速度場的觀測手段有限，導致人們對波浪運動特性的認識不足且重視不夠。因此，急需一種有效的觀測裝置用于直觀測量波浪作用下水質點運動的示蹤裝置。
【實用新型內容】
[0006]為解決上述技術問題，本實用新型提供一種用于研究波浪作用下水質點運動軌跡的裝置，其清楚展示了波浪內部水質點的位置，有利于直觀判斷波浪內部水質點的運動軌跡。
[0007]為實現上述技術目的，本實用新型采取的具體的技術方案，一種用于研究波浪作用下水質點運動軌跡的裝置，包括水槽，分別布置于水槽內部兩端的造波裝置與消波裝置、置于水槽中的懸浮液以及分散于懸浮液中的若干個不同顏色的示蹤粒子，其中示蹤粒子與懸浮液等密度。
[0008]進一步的有，水槽的槽體上標有刻度線。
[0009]進一步的有，水槽是由透明有機玻璃板制作而成。
[0010]進一步的有，所述示蹤粒子為球狀或柱狀固體顆粒。
[0011 ]進一步的有，所述示蹤粒子是由聚苯乙烯材料制備而成。
[0012]進一步的有，消波裝置包括若干個垂直架立于槽體內部的薄板以及分布于薄板之間的多孔介質，薄板與薄板之間等間距設置。
[0013]有益效果
[0014]通過示蹤粒子的運動來代替水質點的運動，將抽象的水質點的運動直觀地體現出來，從而達到探究波浪作用下水質點運動軌跡的目的。在使用的過程可在不同水位放置不同顏色的示蹤粒子，這樣既可以探究同一波高、同一水深、不同深度下的水質點運動軌跡，也可以探究不同波高、同一水深、同一深度下的水質點運動軌跡。該裝置不僅可用來直觀的探究波浪作用下水質點運動軌跡，而且構造簡單成本低，操作簡便。
【附圖說明】
[0015]圖1本實用新型的一種用于研究波浪作用下水質點運動軌跡的裝置的結構示意圖；
[0016]圖2本實用新型的一種用于研究波浪作用下水質點運動軌跡的裝置主視圖；
[0017]圖3本實用新型的一種用于研究波浪作用下水質點運動軌跡的裝置左視圖；
[0018]圖4本實用新型的一種用于研究波浪作用下水質點運動軌跡的裝置的俯視圖；
[0019]圖5實施例1中的水質點運動軌跡；
[0020]圖中I，水槽;2，造波裝置;3，示蹤粒子;4，消波裝置;5，懸浮液;6，薄板;7，多孔介質;8，刻度線。
【具體實施方式】
[0021]為使本實用新型實施例的目的和技術方案更加清楚，下面將結合本實用新型實施例的附圖1-5，對本實用新型實施例的技術方案進行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實施例是本實用新型的一部分實施例，而不是全部的實施例。基于所描述的本實用新型的實施例，本領域普通技術人員在無需創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。
[0022]本技術領域技術人員可以理解，除非另外定義，這里使用的所有術語(包括技術術語和科學術語)具有與本實用新型所屬領域中的普通技術人員的一般理解相同的意義。還應該理解的是，諸如通用字典中定義的那些術語應該被理解為具有與現有技術的上下文中的意義一致的意義，并且除非像這里一樣定義，不會用理想化或過于正式的含義來解釋。
[0023]本實用新型中所述的“內、外”的含義指的是相對于設備本身而言，指向設備內部的方向為內，反之為外，而非對本實用新型的裝置機構的特定限定。
[0024]本實用新型中所述的“連接”的含義可以是部件之間的直接連接也可以是部件間通過其它部件的間接連接。
[0025]實施例1
[0026]如附圖1-4所示的一種用于研究波浪作用下水質點運動軌跡的裝置，包括水槽I，分別布置于水槽I內部兩端的造波裝置2與消波裝置4，置于水槽I槽體中的懸浮液5以及分散于懸浮液5中的若干個不同顏色的示蹤粒子3，其中示蹤粒子3與懸浮液5等密度。
[0027]進一步的有，水槽I的槽體上標有刻度線8，本實施例中刻度線8是通過彩色筆畫于水槽I的槽體外壁上的。如附圖2所示。
[0028]進一步的有，水槽I是由透明有機玻璃板制作而成。
[0029]進一步的有，所述示蹤粒子3為球狀或柱狀固體顆粒。
[0030]進一步的有，所述示蹤粒子3是由聚苯乙烯材料制備而成。
[0031]進一步的有，所述懸浮液5為根據示蹤粒子3的密度調配出與之等密度的液體;并且示蹤粒子3的密度與水的密度接近。
[0032]進一步的有，消波裝置4包括若干個垂直架立于槽體內部的薄板6以及分布于薄板6之間的多孔介質7，薄板6與薄板6之間等間距設置。
[0033]在本實施例中，所用儀器及結構尺寸:
[0034]水槽I的尺寸為:長X寬X高= 1514mmXl 64mm X 157mm，水槽I槽壁的厚度為7mm。
[0035]水槽I表面刻度線采用水筆繪制。
[0036]示蹤粒子3為密度為1.03g/cm3、半徑為2mm的聚苯乙烯材料制作的小球，并且用顏料染上不同顏色。
[0037]消波裝置4中薄板6的尺寸為:長X高=150mmX 150mm，板厚3mm，薄板6與薄板6之間的間隔為30mm，薄板6與水槽I的連接采用膠接。
[0038]消波裝置4中多孔介質7選用沐浴球。
[0039]實驗過程:水槽I水深設置為80mm，用鑷子將示蹤粒子3分別懸浮在深度為60mm和40mm位置處，在同一造波頻率下，進行實驗，實驗過程用單反記錄下來。
[0040]處理數據過程:先將視頻分楨，然后用相關軟件找出每楨圖片上點的坐標，并用mathlab進行軌跡擬合，所得結果見圖5，其中內圈為深度為40mm處示蹤粒子3擬合的橢圓；外圈為深度為60mm處示蹤粒子3擬合的橢圓。
[0041]從圖5的軌跡對比可以看出，實測示蹤粒子3的運動軌跡均為明顯的封閉橢圓形。經計算，兩顆示蹤粒子3得到的數據點與擬合的橢圓誤差均不超過7%，且深度為60mm處示蹤粒子3擬合的橢圓與理論橢圓的誤差率為5.24%，深度為40mm處示蹤粒子3擬合的橢圓與理論橢圓的誤差率為6.12%，在誤差允許范圍內。并且在同一造波頻率下，深度為60mm處的示蹤粒子3軌跡的長短軸比深度為40mm處的示蹤粒子3軌跡的長短軸要小，符合波浪理論規律。
[0042]本實用新型的優點:
[0043]所用水槽I標有刻度線，可以探究不同水深下的水質點的運動軌跡;所用造波裝置2可以造出不同頻率的波浪;所用懸浮液5可以根據示蹤粒子3的密度來調配，使示蹤粒子3懸浮并且懸浮在不同水深;所用示蹤粒子3用顏料染成不同顏色，便于追蹤;所用消波裝置4與造波裝置2配合，模擬出自然波浪發展。
[0044]以上僅為本實用新型的實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本實用新型專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些均屬于本實用新型的保護范圍。
【主權項】
1.一種用于研究波浪作用下水質點運動軌跡的裝置，其特征在于，包括水槽，分別布置于水槽內部兩端的造波裝置與消波裝置、置于水槽中的懸浮液以及分散于懸浮液中的若干個不同顏色的示蹤粒子，其中示蹤粒子與懸浮液等密度。2.根據權利要求1所述的一種用于研究波浪作用下水質點運動軌跡的裝置，其特征在于，水槽的槽體上標有刻度線。3.根據權利要求1所述的一種用于研究波浪作用下水質點運動軌跡的裝置，其特征在于，水槽是由透明有機玻璃板制作而成。4.根據權利要求1所述的一種用于研究波浪作用下水質點運動軌跡的裝置，其特征在于，所述示蹤粒子為球狀或柱狀固體顆粒。5.根據權利要求1所述的一種用于研究波浪作用下水質點運動軌跡的裝置，其特征在于，所述示蹤粒子是由聚苯乙烯材料制備而成。6.根據權利要求1所述的一種用于研究波浪作用下水質點運動軌跡的裝置，其特征在于，消波裝置包括若干個垂直架立于槽體內部的薄板以及分布于薄板之間的多孔介質，薄板與薄板之間等間距設置。
【文檔編號】G01M10/00GK205607622SQ201620377813
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年4月29日
【發明人】蘇俊瑋, 陶愛峰, 劉亞伊, 蔡穎, 王懿
【申請人】河海大學