[发明专利]一种基于波浪能的排箫海泉景观装置及其结构体设计方法

权利要求书

1.一种基于波浪能的排箫海泉景观装置，其特征在于：包括至少两个结构体和在所述结构体上贯通开设有一空腔孔洞，所述空腔孔洞包括第一空腔孔洞和第二空腔孔洞，所述第一空腔孔洞上端口与所述结构体上平面齐平，所述第一空腔孔洞下端口与第二空腔孔洞上端口直径相同，且两端口无缝连接；所述第二空腔孔洞为反L型，其长段为垂直段，短段为水平段，所述水平段的端口设置于海水中，处于被海水淹没的状态；

所述第一空腔孔洞为圆台型空腔孔洞，其孔洞的横截面呈上小下大的形状；所述第二空腔孔洞为横截面呈圆形的空腔孔洞；所述结构体的上平面高于海平面；结构体的高度自高向低依次并列排布。

2.根据权利要求1所述的一种基于波浪能的排箫海泉景观装置，其特征在于：所述结构体包括固定式结构体或浮式结构体，至少2个固定式结构体排列固定为景观装置，至少2个浮式结构体排列固定成浮式防波提。

3.根据权利要求2所述的一种基于波浪能的排箫海泉景观装置，其特征在于：所述固定式结构体为钢筋混凝土块。

4.根据权利要求2所述的一种基于波浪能的排箫海泉景观装置，其特征在于：通过锚泊方式将所述浮式防波提安置海域内。

5.根据权利要求4所述的一种基于波浪能的排箫海泉景观装置，其特征在于：所述锚泊方式为采用系泊缆绳将一体化的若干浮式结构体固定于海底。

6.根据权利要求5所述的一种基于波浪能的排箫海泉景观装置，其特征在于：所述系泊缆绳的一端与布置与浮式结构体的底部连接，另一端与固定设置在海底的锚固基础连接。

7.根据权利要求6所述的一种基于波浪能的排箫海泉景观装置，其特征在于：所述系泊缆绳至少有4根。

8.一种排箫海泉景观装置中结构体的设计方法，其特征在于：权利要求2至7中任一项中的所述结构体的设计方法如下：

根据波浪理论、流体力学的连续性理论和伯努利方程，得到波浪排箫海泉景观的设置原理和设计方法；

考虑到波浪表面高程η的表达式为:

η＝acosωt (1)

则，波幅的大小为a，波高则为2a，波浪频率为ω，t表示时间；

设置在水深H下C截面处的坐标为Z_C，C截面为第二空腔孔洞水平段的纵截面的中心，水深H为海平面至第二空腔孔洞的深度距离；

根据波浪理论得到水深H下C截面处的压强P_c为

P_C＝ρg(η-Z_C) (2)

其中，ρ表示海水密度，g表示重力加速度，波浪表面高程η＝acosωt；

根据孔口出流的理论得到水深H下C截面处的流速V_C为

其中，α_C表示C截面动能修正系数，ξ_C表示局部水头损失的系数；

根据伯努利方程，得C截面至B截面的能量转换表达式：

其中，B截面为第一空腔孔洞3的下端面；α_B表示B截面动能修正系数，V_B表示B截面处的流速，h_w表示损失的水头，α_C表示C截面动能修正系数；将B截面的中心处设置为坐标原点的位置，Z_B＝0，Z_c＝-H；损失的水头为由此简化为

考虑到波浪表面高程η＝acosωt，进而得

即：

由公式(7)获得孔洞C处截面的坐标值Z_c＝-H所对应的高程H，与孔口B截面处的流速V_B；

根据流体力学的连续性理论，由此得到半径为r_A的A截面出口处的流速V_A：

r_B²V_B＝r_A²V_A (8)

其中，A截面为第一空腔孔洞3的上端面，r_B为第一空腔孔洞3在B截面处的半径，r_A为第一空腔孔洞3在A截面处的半径,A截面出口处的流速V_A,孔口B截面处的流速V_B；

根据自由落体运动，能够得出海泉奔涌而上的高度H_A：

(V_A)²＝2gH_A (9)

由(1-9)式建立海泉奔涌而上的高度H_A和入射的波浪表面高程的关系式，通过调整A-B截面的直径调整出口处的流速，从而调整海泉奔涌而上的高度H_A；由公式(7)根据波幅的大小α设置和调整结构的第二空腔孔洞距离海面的距离H，即设置C截面处的淹没深度。