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    188宝金博页面版: （论文）水池造波技术及发展概况

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    内容提示： 工 程 技术 SCI EN CE ＆TECH N OLO GY ． 匝团 水池造波技术及发展概况 马玉麟 孙永明 王帅军 上海 ( 上：Ｊ麓笱檀г 200 1 35 ) 摘关键词： 追波机 中图分类号 ： U661 要 ： 本文阐逑 了实验水池 中遣波机及其理论 的研 完。 结合遗波技术的发展趋势， 概述 了国内外现有的波浪模拟技术 波浪模拟 吸收式遣波 文献标识码 ： A 文章编号 ： 167 2- 379I( 2012)04(a)一 0055— 01 波浪是海洋 中非常重要的 自然现象， 不 仅是海岸与海洋工程建筑物以及船舶收到的 主要载荷， 也是 引起海岸泥沙运动的主要动 力之一。 因此， 海洋波浪模拟作为一项重要技 术， 对此的...

    文档格式：PDF | 页数：1 | 浏览次数：28 | 上传日期：2015-07-18 06:34:26 | 文档星级：
    工 程 技术 SCI EN CE ＆TECH N OLO GY ． 匝团 水池造波技术及发展概况 马玉麟 孙永明 王帅军 上海 ( 上：Ｊ麓笱檀г 200 1 35 ) 摘关键词： 追波机 中图分类号 ： U661 要 ： 本文阐逑 了实验水池 中遣波机及其理论 的研 完。 结合遗波技术的发展趋势， 概述 了国内外现有的波浪模拟技术 波浪模拟 吸收式遣波 文献标识码 ： A 文章编号 ： 167 2- 379I( 2012)04(a)一 0055— 01 波浪是海洋 中非常重要的 自然现象， 不 仅是海岸与海洋工程建筑物以及船舶收到的 主要载荷， 也是 引起海岸泥沙运动的主要动 力之一。 因此， 海洋波浪模拟作为一项重要技 术， 对此的研究在船舶 、 港 口、 海洋工程等领 域占有重要的位置， 也有着极大的现实意义。 随着海洋工程 的发展 ， 新的海洋环境对造波 技术及波浪模拟提 出了更高的要求。 1 造波机及波浪模拟技术 众所周 知 ， 海浪是 一种 三维的 随机过 程 ， 其周期、 波高 均随 即变化 。 在实验室中 ， 我们通常使用规则波 、 二维不规则波、 二维 方 向波 及 三维 不规 则波 来 对海 浪进 行描 述。 通俗的说 ， 只要对水面进行扰动， 水面 就会有 波浪 产生 。 造 波机即 为给 水以扰动 的机械 用于模拟 波浪。 1 ． I 造波机的发展 我国在造波 方面的研究工 作从 二十世 纪 五十 年 代 起 步 ， 最 初 使 用的 造 波装 置 主要 是简单的 电气装 置。 到七十年代 中期 ， 开始 逐 渐采 用 模 拟 信号 装 置 来控 制 。 随 着科 技 的 发展 ， 如今 已完全 采用计算机 进行造波控 制 。 目前 ， 主要 的造波机 类型可分为 ： 摇 板 式 ， 推板式 ， 冲箱式 以及空气式造 波机。 其 中， 摇板式和推板式造波机应用最广泛， 因 为这两者具有结构 简单 、 控制方便 、 便于维 护的特点 。 摇板式一般应用干深水域造波 ， 而推板式一般运用干浅水域造波 。 其工作原 理及示意 图如下表 l 。 拥有性能 良好的造波 系统是提高波浪模 拟技 术的重要一环 。 1 ． 2 实验室波浪模拟技术 天然 波浪 是很 复杂 的 ， 人 们对它 的认 识和研究过程是由简到繁 ， 由浅入深的 ， 即 由单向规则波 一斜向规则波一单向不规则 波一多向不规则波。 实验室 中， 把波浪分为 规则波及不规则波两种。 规 则波模拟 ： 在一 般情况 下 ， 将实验 中使用 的规 则波定 义为 二元微幅进行波。 即正弦波 。 对于线性造波 系统， 只要输入一正弦的控制信号电压 ， 就 可以 造 出相应 的正弦波 来。 将试验 所需规 则波 的波高除 以造波机 的传递 函数 ， 就可 以得 出信号 电压的幅值 ， 而所需的 周期就 是信号 电压变化的周期。 不规则波模拟 ： 在 自然界中 ， 实际的海浪属于 不规 则波 。 其特 点 是波 浪 的波 高和 周期 大小 的随 机 变化 的 ， 因此无法简单地给出确 定的特性值 。 将 海浪 看成 一个平稳 的随 机过程 ， 由多个不 同周期和不 同随机初位相的余弦波叠加而 成 。 实验 中， 通常通过波浪 的特征量 ， 如波 高 、 周期 、 波速 等 ， 应 用的波浪 谱来描述 。 2 无反射造波 当波浪遇到障碍物时 ， 会发生部分或全 部的 反射 。 在 自然条件下 ， 海洋结 构物所处 的海域环境是一个开放的边界 ， 反射波随后 传 向无边 的外部海域 ， 在这个过程 中， 反射 波不断地衰减直到消失。 而在实验室波浪模 拟试 验 中 ， 不可能建 造无限大 的水 池或水 槽。 因此一段时间内一部分波浪会传播到水 池的尽头产生反射波 ， 反射波以与入射波相 反 的 方 向 传播 ， 遇 到造 波 板 上 ， 又 形 成 了 二 次反射波 。 在封 闭的环境 中， 反射波与入射 波反复相 遇 ， 多次来回反射产生干扰 ， 很大 程度上影响了波浪的质量， 也影响了整个实 验的准确度和 精度。 为了解决这个问题 ， 研 表 1 造 波 机种 类及 工 作原 理 究人员想到加长实验水池的长度， 或是减短 造波 的时间 ， 但这 都不能有效解决问题 。 在 这种情况下 ， 无反射造波技术便应运而生 ， 造波机也 向着 吸收式造波的方 向发展 。 目 前， 国内外对消波技术 的研究也不断深入 ， 实验室有两种常用的消波方式称 为主动消 波和被动消波。 被 动消波 ： 在水池中设 置消 波器及填充材料 ， 对造波板与池壁间的反射 波进行削减 ， 主要的消波器形式有斜坡式和 直立式。 被动式消波系统可以在一定程度上 吸收一次反射波 ， 不能消除二次反射波。 而 主动式消波 系统能够使生成的波 总是保持 在一个较为理想的状态。 所谓主动消波是通 过在造波板上或板前安装波高仪， 测量反射 部分 ， 然后加给发生器一种与原来运动反向 的信号， 从而获得吸收反射波的效果。 3 结语与展望 综上所述 ， 人们现 阶段对 造波机 波浪 模 拟 技 术 的研 究 达 到 相 当深 度 。 其 中造 波 系统和消波技 术是对模拟波浪研究中重要 的两个环 节。 相信学者对 现有理论和 实验 成果 的进一步探究 ， 必定 能推动海洋波 浪 模拟技 术的快速发展 ， 模拟出更接近 实际 海况的实验环境 ， 便于操作计算 ， 并作为研 究基础 ， 推动中 国海洋工程 的发展。 参考文献 [ 1】刘 月琴 ， 尹尚生 ． 实验室 造波设备及波 浪模拟技术的探讨[J 】 ． 华南理工大学学 报( 自然科学版) ， 2000(28) ： 6． 【 2】顾挺锋 ． 海洋工程水池波浪生成的数值 模拟【 C】 ． 哈尔冰工程大学 ， 2009 ． 种类 工作 原理 波长及周期 示意 图 摇板式 通过机械驱动使摇板绕固定轴摆动， 使池中 水 波 动 由摆动频率确定 = 丁 — 一 d ●， ，， ， ， ，?， ，， ～～?， 推板式 通过 连 杆驱动设 在水 池一端 的活塞进 行往 复运 动取决于往复频率 - ● ] I I l ● ，使 池 中 水 产 生 波动 ： lj -l ：¨ ．1 - — 、 ／ ??一一?，，r，r?，一，r r?r?， 科技资讯 SCIENCE ＆ T EcHNOL0GY INFORMAT ION 55

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