[发明专利]模拟孤立波波-波相互作用的多功能环形水槽装置及方法

说明书

本发明公开了一种模拟孤立波波‑波相互作用的多功能环形水槽装置，包括环形水槽、分支水槽、造波系统、渗流系统和支架系统。环形水槽和分支水槽二者通过齿轮链接，可自由调节二者之间的夹角。造波系统包括伺服电机、拍板与机械臂；渗流系统包括亚克力材料的量筒和土槽组成。可通过控制实验装置，模拟孤立波发生波‑波相互作用，并设定发生强相互作用（Mach效应）的条件，模拟内波及其相互作用和渗流对沉积物再悬浮的影响，并观测实验结果。本发明结构简单，操作方便，可以通过两套独立的造波系统,来实现不同孤立波发生波‑波相互作用，以及海床渗流和内波影响下沉积物再悬浮，克服直形水槽占用空间大、操作复杂的缺点。

技术领域

发明涉及海洋工程地质与水动力学实验研究领域，具体而言，特别涉及一种模拟孤立波波-波相互作用的多功能环形水槽装置。

背景技术

孤立波分为内孤立波和表面孤立波，是一种非常特殊的内波，在海洋中是一种中小尺度过程，它能够长距离传播并保持波形基本不变。典型的孤立波，其波长和周期分布在很宽的范围内，常见波长为数百米至近千米，周期一般为数十分钟，振幅最大可达上百米。孤立波对海洋环境具有重要影响，并威胁水下航行器的安全。

水槽是研究孤立波的重要设备，但对于孤立波，由于其波长较长直形水槽难以满足试验要求，符合条件的水槽通常都是大型水槽，实验难度大且不经济；相比之下，环形水槽具有以时间换空间的优势，能够满足孤立波的时间尺度要求，因此环形水槽成为研究孤立波的重要设备。波-波相互作用是孤立波常见的现象，目前对其研究较少，限制于直形水槽很难满足要求。渗流作用也会影响沉积物再悬浮，但目前缺少量化渗流作用的设备。因此，目前亟需一种研究孤立波波-波相互作用和海床渗流的环形水槽。

发明内容

为了弥补现有直形水槽的不足，本发明提供了一种模拟孤立波波-波相互作用的多功能环形水槽装置及方法。

本发明是通过如下技术方案实现的：一种模拟孤立波波-波相互作用的多功能环形水槽装置，包括环形水槽、支架系统、供水系统、造波系统和渗流系统，其中，环形水槽通过齿轮链接有分支水槽，造波系统安装在水槽和分支水槽上部，环形水槽和分支水槽从造波系统至交叉点的距离相同,造波系统包括伺服电机、拍板和机械臂所述供水系统包括水箱和水泵，水箱通过出水口和水槽进水口分别与环形水槽和分支水槽相连，水泵通过抽水和排水可以调节水槽内液体高度；水箱13下部设有进水口，水泵通过进水口控制抽水和排水；

支架系统包括支撑底盘，支撑底盘安装在环形水槽的底部。

渗流系统包括亚克力材料的量筒和土槽；环形水槽壁上设置有电阻率阵列20的若干电阻率探头；照相系统设置在环形水槽外部观测分层水界面变化。

当环形水槽和分支水槽制造的两个孤立波及其两个水槽的夹角θ，满足，且夹角θ127°，则发生强相互作用；如果θ48°，则发生斜相互作用，式中，a1和a2分别为两个孤立波的振幅，h1和h2分别为上下层液体高度。

作为优选方案，环形水槽和分支水槽的材质为透明亚克力材料，环形水槽设置有隔板和消波板。

进一步地，环形水槽和分支水槽通过齿轮链接，外部有密封材料，可通过量角尺自由调节环形水槽和分支水槽之间的夹角。

作为优选方案，支撑底盘下表面固定安装有不锈钢结构的支撑腿，不锈钢结构支撑腿的底端设置有万向滚轮。

一种模拟孤立波波-波相互作用的多功能环形水槽装置的工作方法,具体包括以下步骤：

S1、在土槽内铺设人工海床，注入分层液体至环形水槽和分支水槽，注入液体至量筒；

S2、根据 调整环形水槽和分支水槽的夹角；

S3、启动造波系统，通过伺服电机同时制造两个孤立波；

S4、启动电阻率阵列，监测水槽内密度变化过程；