一种消波叶轮组件、装置及其快速消除内波的方法

本发明公开了一种可消除实验室内波的消波叶轮组件、装置及其快速消除内波的方法。

背景技术：

1、

2、近年来，随着国家对海洋开发的不断深入，各类海洋工程建设如火如荼，水下航行器的重要性也愈加凸显，各实验室对影响海洋工程结构物以及水下航行器安全的海洋内波研究更加频繁与细致，内波在实验室产生后，如何快速消除波动对提高试验效率，具有重要意义。

3、目前用于实验室的消波装置主要为斜面消波和楔形消波，利用地形的抬升效应和压迫效应使内波破碎，以达到消波的目的，但此方法消波耗时长，特别是在一些大型分层流水槽中，极大影响实验研究效率。

4、公开号cn109323846a的中国专利公开了一种叶轮式消波整流装置，由面板、减速阵列、分流突起、碎波架、耗能叶轮、回流管道组成；所述的面板呈倾斜状安置，其表面分布有减速阵列、分流突起和碎波架；所述的减速阵列由椭球状凹坑和凸起排列组成；所述的分流突起呈椭球状,排列在碎波架之间；所述的碎波架呈格栅状，安装在回流管道入口处的上方；所述的耗能叶轮安装在回流管道入口处，可以自由转动；所述的回流管道截面为正四边形。

5、上述专利主要解决的是水体的表面波，其无法对内波进行消除，水体中因密度分布不均匀会产生密度跃层，密度跃层受扰动后会产生内波，相对于表面波，恢复力极其微弱，约为表面波的0.1%，其波幅可达百多米量级，因此其波动流场比表面波范围更大，在密度跃层上下有明显剪切流。上述专利公布的叶轮式消波整流装置利用表面波的波面流从一侧冲击叶轮来耗散能量，但内波波面上下均有流场存在，该装置在内波流场中无法工作。

技术实现思路

1、

2、为克服实验室大型分层流水槽中内波消除时间长、效率低的问题，遵循结构简洁、操作安全便利的原则，本发明提出一种可消除实验室内波的消波叶轮组件、装置及其快速消除内波的方法，该消波叶轮组件利用内波驱动叶轮，带动消波叶轮转动产生垂向破碎水体内波有序流场，达到快速消除水体内波的技术目的。

3、为了实现上述技术目的，本发明采用以下技术方案：

4、一种消波叶轮组件，包括同轴布置的驱动叶轮和消波叶轮，所述驱动叶轮和消波叶轮以垂直于内波传动方向的方式浮立于水体中，利用水体内波驱动所述驱动叶轮转动带动所述消波叶轮转动，所述消波叶轮转动产生垂向破碎内波有序流场，达到消波目的。

5、所述消波叶轮组件包括一个驱动叶轮和两个消波叶轮，两个所述消波叶轮对称设置在所述驱动叶轮的前、后两端。

6、本发明进一步公开了一种适用于大型分层水槽实验室内波的实验装置，包括：

7、承载架和叶轮安装架，所述叶轮安装架包括多排，多排叶轮安装架沿水平方向并排布置在所述承载架上，且每排叶轮安装架均能够相对所述承载架转动，每排叶轮安装架上安装有所述的消波叶轮组件。

8、每排所述叶轮安装架上并排安装有多个所述消波叶轮组件，所述消波叶轮的叶片所在平面垂直于所述内波传动方向。

9、所述承载架为矩形框架结构，所述承载架放置于所述大型分层水槽内后，承载架的底边与所述大型分层水槽的槽底平行，多排叶轮安装架分别与水面平行，承载架的侧边与所述大型分层水槽的槽侧壁抵接。

10、一种适用于大型分层水槽的快速消除内波的方法，基于所述适用于大型分层水槽实验室内波的实验装置，包括以下步骤：

11、s1、将承载架以倾斜角度放置于大型分层水槽中，至少一排所述的叶轮安装架浸没于水中，叶轮的最大直径为d，厚度为m，叶轮安装架之间的间距为,此时，承载架所在平面与槽底所在平面形成的夹角为,其中，；

12、s2、所述叶轮安装架在自身重力作用下相对所述承载架转动，实现所述驱动叶轮和消波叶轮以垂直于内波传动方向的方式浮立于水体中；

13、s3、水体内波驱动所述驱动叶轮转动带动所述消波叶轮转动，所述消波叶轮转动产生垂向破碎内波有序流场，达到消波目的。

14、有益效果：

15、本发明充分利用内波流场驱动叶轮带动破碎叶轮转动产生垂直于内波流场的扰动使其形成湍流，相比于现有消波装置：

16、1.叶轮结构产生的湍流多，对内波的能量耗散更快，消除内波的效率更高。

17、2.由于湍流是在相邻叶轮之间产生，对水体密度分层的扰动更小，更有利于实验的继续开展。

技术特征：

1.一种消波叶轮组件，其特征在于，包括同轴布置的驱动叶轮和消波叶轮，所述驱动叶轮和消波叶轮以垂直于内波传动方向的方式浮立于水体中，利用水体内波驱动所述驱动叶轮转动带动所述消波叶轮转动，所述消波叶轮转动产生垂向破碎内波有序流场，达到消波目的。

2.根据权利要求1所述的消波叶轮组件，其特征在于，所述消波叶轮组件包括一个驱动叶轮和两个消波叶轮，两个所述消波叶轮对称设置在所述驱动叶轮的前、后两端。

3.一种适用于大型分层水槽实验室内波的实验装置，其特征在于，包括：

4.根据权利要求3所述的适用于大型分层水槽实验室内波的实验装置，其特征在于，每排所述叶轮安装架上并排安装有多个所述消波叶轮组件，所述消波叶轮的叶片所在平面垂直于所述内波传动方向。

5.根据权利要求3所述的适用于大型分层水槽实验室内波的实验装置，其特征在于，所述承载架为矩形框架结构，所述承载架放置于所述大型分层水槽内后，承载架的底边与所述大型分层水槽的槽底平行，多排叶轮安装架分别与水面平行，承载架的侧边与所述大型分层水槽的槽侧壁抵接。

6.一种适用于大型分层水槽的快速消除内波的方法，基于权利要求3~5中任一所述适用于大型分层水槽实验室内波的实验装置，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结本发明公开了一种消波叶轮组件、装置及其快速消除内波的方法，消波叶轮组件包括同轴布置的驱动叶轮和消波叶轮，所述驱动叶轮和消波叶轮以垂直于内波传动方向的方式浮立于水体中，利用水体内波驱动所述驱动叶轮转动带动所述消波叶轮转动，所述消波叶轮转动产生垂向破碎内波有序流场，达到消波目的。本发明消波叶轮组件及装置对内波的能量耗散更快、消除内波的效率更高、对水体密度分层的扰动更小的技术优点。技术研发人员：徐峻楠,杜辉,陈振涛,王少东,彭湃受保护的技术使用者：中国人民解放军国防科技大学技术研发日：技术公布日：2024/12/12