本发明专利技术公开一种浮式梳式防波堤与振荡浮子波浪能集成实验装置和方法，属于海洋工程技术领域，本发明专利技术可以实时监测水动力和风场条件，以便及时发现异常实验条件并作出调整；可以实现振荡浮子竖直运动模拟，振荡浮子模型可以在波浪和阻尼器的共同作用下做竖直运动，不受浮式梳式防波堤模型的影响；采用六自由度运动捕捉摄像头，可以实现对振荡浮子模型以及浮式梳式防波堤模型的运动进行测量，精度更高，且不会对振荡浮子模型的运动造成影响；防波堤与振荡浮子模型前后波高无接触测量，不会对流场造成影响，有助于减少模型试验的误差；可以实现各物理参数的同步测量和记录，有利于振荡浮子模型在各波流条件与风条件下运动机理的揭示与分析。揭示与分析。揭示与分析。
【技术实现步骤摘要】
浮式梳式防波堤与振荡浮子波浪能集成实验装置和方法
[0001]本专利技术属于海洋工程
，尤其涉及一种浮式梳式防波堤与振荡浮子波浪能集成实验装置和方法。
技术介绍
[0002]随工作环境水深的增加，浮式防波堤逐步发展并得到了更多的应用，浮式梳式防波堤是其中的一种新型结构型式，利用交替布置的方箱和背板形成空腔结构，可以采用更少的体积用量实现有效的掩护功能，同时还利用防波堤迎浪面的相位差提高消浪性能。振荡浮子是一类结构原理简单、易于建造且成本较低、同时能量转化效率较高的波能装置，一般由动浮子和固定系统两个主要部分组成。由于波浪能在浅水区域波能密度较小，因此波浪能装置向深水区域发展是一种必然趋势，如果同时将浮式防波堤和振荡浮子同时结合起来，实现波浪防护的同时，还能对波浪能加以利用，将具有深远的经济、环境和社会意义。
[0003]以往对于振荡浮子与离岸浮式防波堤结合的研究中多是使用方箱型防波堤，如果在建造浮式梳式防波堤的同时将其作为振荡浮子波浪能装置的固定系统，使二者有效结合起来，共用一组锚泊系统，既能有效利用海域空间，又能节省建设成本，将具有重要的工程意义。由于振荡浮子真实的工作条件比较复杂，数值模拟很难将波、流、风耦合作用准确地模拟出来，得到的结果存在随机性，误差较大。因此，通过物理模型实验来模拟浮式梳式防波堤集成振荡浮子在波、流、风耦合作用下的运动过程，是一种有效而可靠的研究手段。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的是提供一种浮式梳式防波堤与振荡浮子波浪能集成实验装置和方法，以解决上述现有技术存在的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了一种浮式梳式防波堤与振荡浮子波浪能集成实验装置，包括：
[0006]模拟水槽，所述模拟水槽内填充有水，所述模拟水槽底部两端分别连通有进水口、出水口；
[0007]波流风场模拟系统，所述波流风场模拟系统设置在所述模拟水槽上，所述波流风场模拟系统用于模拟自然水动力条件与风条件；
[0008]防波堤与振荡浮子模型，所述防波堤与振荡浮子模型设置于所述模拟水槽内，所述防波堤与振荡浮子模型的底部与所述模拟水槽限位配合；
[0009]数据采集系统，所述数据采集系统用于获取实验过程中的实验数据；
[0010]同步控制系统，所述数据采集系统、所述波流风场模拟系统均与所述同步控制系统电性连接，所述同步控制系统用于对获取的实验数据进行记录。
[0011]优选的，所述波流风场模拟系统包括波造机、造流泵、风机及风罩；所述波造机、所述风机、所述风罩均设置在所述模拟水槽的顶部，且所述波造机设置于所述模拟水槽的出水端，所述风罩设置于所述模拟水槽的进水端，所述风机与所述风罩连通，所述造流泵设置
于所述模拟水槽内；所述波造机、所述造流泵、所述风机均与所述同步控制系统电性连接。
[0012]优选的，所述防波堤与振荡浮子模型包括浮式梳式防波堤模型、振荡浮子模型、水平滑动平台、竖直滑轨及阻尼器；所述水平滑动平台限位滑动安装在所述模拟水槽的顶部，所述竖直滑轨的顶端与所述水平滑动平台的底端固定连接，所述振荡浮子模型、所述阻尼器均滑动套设在所述竖直滑轨上，且所述阻尼器设置于所述振荡浮子模型的上方；所述模拟水槽的底端内壁上固定设置有连接件，所述浮式梳式防波堤模型通过所述连接件与所述模拟水槽限位配合，所述浮式梳式防波堤模型上设置有空腔，所述振荡浮子模型设置于所述空腔内。
[0013]优选的，所述连接件为固定框，所述浮式梳式防波堤模型固定安装在所述固定框的顶部。
[0014]优选的，所述连接件为锚链，所述浮式梳式防波堤模型固定安装在所述锚链的顶部。
[0015]优选的，所述数据采集系统包括超声波浪高仪、拉力传感器、声学多普勒流速仪、固定式风速仪及六自由度运动捕捉摄像头；所述超声波浪高仪设置有若干个，且分别设置于所述振荡浮子模型的两侧，所述超声波浪高仪用于测量所述振荡浮子模型前后的波高；所述拉力传感器设置于所述浮式梳式防波堤模型与所述连接件之间，且所述拉力传感器的两端分别与所述浮式梳式防波堤模型、所述连接件固定连接；所述声学多普勒流速仪设置于所述浮式梳式防波堤模型靠近所述出水口一侧的所述模拟水槽内，所述固定式风速仪固定安装在所述风罩内；所述六自由度运动捕捉摄像头与所述振荡浮子模型对应设置，且所述六自由度运动捕捉摄像头固定安装在所述水平滑动平台的底部；所述超声波浪高仪、所述拉力传感器、所述声学多普勒流速仪、所述固定式风速仪及所述六自由度运动捕捉摄像头均与所述同步控制系统电性连接。
[0016]优选的，所述同步控制系统包括控制主机和同步器，所述超声波浪高仪、所述拉力传感器、所述声学多普勒流速仪、所述固定式风速仪及所述六自由度运动捕捉摄像头均与所述同步器电性连接，所述同步器、所述造波机、所述造流泵和所述风机均与所述控制主机电性连接。
[0017]优选的，所述浮式梳式防波堤模型包括底板，所述底板一端固定连接有背板，所述背板上可拆卸安装有浮箱，相邻两所述浮箱之间形成所述空腔；所述振荡浮子模型为柱形结构，所述振荡浮子模型中部沿竖直方向开设有通孔，所述通孔与所述竖直滑轨相适配；所述浮箱、所述振荡浮子模型上均设置有配重块。
[0018]优选的，所述模拟水槽内部两端均设置有消能网，所述模拟水槽的两端底部均设置有造流池，所述模拟水槽底板设置有疏水栅，所述模拟水槽通过所述疏水栅与所述造流池连通，所述出水口、所述进水口分别与两所述造流池连通，所述造流池内设置有若干个消能柱，所述造流泵设置于所述造流池内。
[0019]一种浮式梳式防波堤与振荡浮子波浪能集成实验方法，使用浮式梳式防波堤与振荡浮子波浪能集成实验装置，包括以下步骤：
[0020]S1、防波堤与振荡浮子模型的布置；
[0021]S2、自然水动力条件与风条件的模拟；
[0022]S3、实验数据的采集及监测；
[0023]S4、后期实验数据处理。
[0024]与现有技术相比，本专利技术具有如下优点和技术效果：
[0025]一、本专利技术可以实时监测水动力和风场条件，以便及时发现异常实验条件并作出调整；
[0026]二、本专利技术可以实现振荡浮子竖直运动模拟，振荡浮子模型可以在波浪和阻尼器的共同作用下做竖直运动，不受浮式梳式防波堤模型的影响；
[0027]三、本专利技术采用六自由度运动捕捉摄像头，可以实现对振荡浮子模型以及浮式梳式防波堤模型的运动进行测量，精度更高，且不会对振荡浮子模型的运动造成影响；
[0028]四、本专利技术防波堤与振荡浮子模型前后波高无接触测量，不会对流场造成影响，有助于减少模型试验的误差；
[0029]五、本专利技术可以实现各物理参数的同步测量和记录，有利于振荡浮子模型在各波流条件与风条件下运动机理的揭示与分析。
附图说明
[0030]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种浮式梳式防波堤与振荡浮子波浪能集成实验装置，其特征在于，包括：模拟水槽(1)，所述模拟水槽(1)内填充有水，所述模拟水槽(1)底部两端分别连通有进水口(2)、出水口(3)；波流风场模拟系统，所述波流风场模拟系统设置在所述模拟水槽(1)上，所述波流风场模拟系统用于模拟自然水动力条件与风条件；防波堤与振荡浮子模型(9)，所述防波堤与振荡浮子模型(9)设置于所述模拟水槽(1)内，所述防波堤与振荡浮子模型(9)的底部与所述模拟水槽(1)限位配合；数据采集系统，所述数据采集系统用于获取实验过程中的实验数据；同步控制系统，所述数据采集系统、所述波流风场模拟系统均与所述同步控制系统电性连接，所述同步控制系统用于对获取的实验数据进行记录。2.根据权利要求1所述的浮式梳式防波堤与振荡浮子波浪能集成实验装置，其特征在于，所述波流风场模拟系统包括波造机(4)、造流泵(5)、风机(6)及风罩(7)；所述波造机(4)、所述风机(6)、所述风罩(7)均设置在所述模拟水槽(1)的顶部，且所述波造机(4)设置于所述模拟水槽(1)的出水端，所述风罩(7)设置于所述模拟水槽(1)的进水端，所述风机(6)与所述风罩(7)连通，所述造流泵(5)设置于所述模拟水槽(1)内；所述波造机(4)、所述造流泵(5)、所述风机(6)均与所述同步控制系统电性连接。3.根据权利要求2所述的浮式梳式防波堤与振荡浮子波浪能集成实验装置，其特征在于，所述防波堤与振荡浮子模型(9)包括浮式梳式防波堤模型(8)、振荡浮子模型(9)、水平滑动平台(10)、竖直滑轨(11)及阻尼器(12)；所述水平滑动平台(10)限位滑动安装在所述模拟水槽(1)的顶部，所述竖直滑轨(11)的顶端与所述水平滑动平台(10)的底端固定连接，所述振荡浮子模型(9)、所述阻尼器(12)均滑动套设在所述竖直滑轨(11)上，且所述阻尼器(12)设置于所述振荡浮子模型(9)的上方；所述模拟水槽(1)的底端内壁上固定设置有连接件，所述浮式梳式防波堤模型(8)通过所述连接件与所述模拟水槽(1)限位配合，所述浮式梳式防波堤模型(8)上设置有空腔(84)，所述振荡浮子模型(9)设置于所述空腔(84)内。4.根据权利要求3所述的浮式梳式防波堤与振荡浮子波浪能集成实验装置，其特征在于，所述连接件为固定框(13)，所述浮式梳式防波堤模型(8)固定安装在所述固定框(13)的顶部。5.根据权利要求3所述的浮式梳式防波堤与振荡浮子波浪能集成实验装置，其特征在于，所述连接件为锚链(14)，所述浮式梳式防波堤模型(8)固定安装在所述锚链(14)的顶部。6.根据权利要求3所述的浮式梳式防波堤与振荡浮子波浪能集成实验装置，其特征在于，所述数据采集系统包括超声波浪高仪(15)、拉力传感器(16)、声学多普勒流速仪(17)、固定式风速仪(18)及六自由度运动捕捉摄像头(...
【专利技术属性】
技术研发人员：臧志鹏，王梓，房卓，张金凤，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：
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