实验室传统消浪设施的消波性能改进

摘要

实验室波浪水槽是我们进行波浪试验的地方，消浪设施是置于水槽尾端用于消除波能，防止反射波干扰实验精确性的重要装置。随着海洋开发的近一步深入，实验研究也引起人们越来越多的关注，对实验数据的精度和可靠度显得更加迫切，所以一种能够在实验水槽有效消除波能的消浪设施，对研究人员更加重要。传统消浪设施一般多为碎石斜坡结构，虽然这种结构在一定范围的波浪周期内具有较好的消浪性能，但其缺点也有很多，占水槽长度很大，在较短的水槽中试验，碎石斜坡结构的消能问题也较大。 传统消浪设施按几何形状可以分为直立式、倾斜式和曲面斜坡式，不同材料制作的消浪装置消浪效果各异，例如：混凝土块、碎石子、合成纤维、泡沫及金属网等等。海绵是一种特殊的泡沫材料，不同海绵的消浪效果差别很大，聚氨酯海绵具有一定的透水性和吸水能力，可以作为一种制作消浪装置的材料。本人结合传统消浪设施的结构特征和海绵特性，提出了三种由海绵和碎石子作为内部结构材料的不同结构的消浪装置，分别为上部倾斜下部直立混合结构消波装置、上部抛物面下部直立混合结构消波装置以及石子-海绵混合斜坡式结构，并且在波浪水槽中分别进行了二维模型试验。试验采用两点法分离计算得到反射系数和透射系数，从而判断每种实验装置的消浪效果好坏。 通过与碎石子斜坡结构消浪效果对比，验证了三种装置有一定的消波能力，在一定波浪周期范围内具有较好的消浪效果。试验内容还包括水深、波高和周期的变化对不同装置消波能力的影响，并且结合数据，深入分析影响装置消波能力的因素，探讨了不同波要素条件下各自装置的消浪能力。实验还发现随着入射波周期的增大，消浪效果均明显下降；随着水深的增大，消浪效果提高。波浪周期在0.8～1.8s内，三种消浪装置消波性能均较理想，在2s以上周期时，消浪效果差异很大，石子-海绵混合斜坡式结构较其它两种装置，消浪效果更为理想。最后，总结分析三种消波装置与碎石子斜坡结构消浪效果的优劣和特点，并给出了改进意见。

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