波流试验水池智能自适应导流装置的制作方法

本实用新型涉及流体力学模型试验，特别涉及波流试验水池智能自适应导流装置。

背景技术：

波流水池模拟系统是模拟自然界中复杂多变的波浪和水流的有效方法之一。波浪和水流作为港口海岸工程、海洋工程中的主要荷载，在港口、海岸和海洋工程的规划、设计和施工中都需要了解波浪和水流的作用。目前了解波浪水流荷载的常用方法有现场观测、物理模型试验和数值模拟3种。但是到目前为止，有些实际问题不能单纯地通过数学方法来解决，而现场观测又很难实现，所以通过波流水池模拟便成为一种有效可靠的方法。

为了形成稳定均匀的水流，波流水池通常均会使用水泵推动水流进行循环流动，但使用该种方法，水流浸入水池时往往具有较大的流速，需要流动向前流动较远的距离才能达到稳定，这样便会是水池占用较大的空间。常用的方法是在入流口加装格栅，使水流均匀化，但由于本仪器兼具造波和造流两种功能，且两种功能互不干扰，所以无法直接使用有竖向分层入流格栅。为了保证入流部分水流的均匀稳定，且尽量减少波流水池占用的空间，本水池采用多种方法对入流进行综合调整，加快水流的稳定。

水流进入水池时流速往往较大，流线与水池底之间易出现低压区，导致水流紊动强烈。为了尽量避免低压区的出现，在设计时对水池与入流管之间的边界进行处理，使之更为平缓、贴合水流的方向。

在实际应用中，波流水池会面对多种情况，这便要求水池在各种条件下均可达到稳定均匀的出流效果，在设计过程中，如果接口部分过于平缓，则高速水流会在靠近槽底部分流动，在水池上部出现紊流区，如图1所示；如果接口部分过于急陡，则告诉入流会流向水池靠近水面部分，在水池底部附近会出现紊流区，如图2所示。这两种情况都不利于创造均匀稳定的入流条件，在实际操作中，往往需要对多种工况条件进行精准模拟，即要在不同种的水深和流速组合条件下均达到稳定均匀的出流，由已上讨论可知，固定的入流边界和固定的导流板均无法满足实际需求。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服目前实验室内对波流模拟时确保入流稳定性与均匀性的困难，提供一种稳定均匀、体积较小且精确度高的模拟波流的水池设备。本模型可对多种不同水深和流速组合条件下的工况进行精准的模拟，并且均可达到均匀性最优的效果，获得最大的均匀流范围，为流体力学实验提供技术支持。

本实用新型所采用的技术方案是：一种波流试验水池智能自适应导流装置，包括计算机、水池、造流造波系统、循环系统、智能导流系统、流速监控系统；

所述造流造波系统包括分别设置在所述水池两端的造波造流装置和消浪装置；

所述循环系统包括连接在所述水池底部与所述水池相连通的循环管路和设置在所述循环管路内、用于推动水流形成循环流动的水泵；

所述智能导流系统包括用于智能实时调节入流方向的导流板和与所述导流板相连接的步进电机，所述导流板设置在所述循环管路的入流管口处，所述步进电机连接至所述计算机，通过所述计算机实时控制所述导流板的转角；

所述流速监控系统包括用于对速度分布和流动情况进行实时监控的流速监测传感器，所述流速监测传感器设置在所述水池内、位于所述水池入流口下流1/3处，所述流速监测传感器连接至所述计算机，将数据传回所述计算机，并通过所述计算机进行分析和对所述导流板进行再次调节。

进一步的，所述导流板的转轴上设置有智能夹钳阻力器，所述智能夹钳阻力器通过齿轮和所述导流板的转轴咬合在一起，通过对所述导流板转动形成阻力来防止所述导流板被所述循环管路中的水流冲偏方向。

进一步的，所述导流板设置有若干个，所述步进电机与所述导流板一一对应。

进一步的，所述循环管路的入流管的轴线与水平线之间的夹角为15～45°，以减少入流的紊动。

进一步的，所述流速监测传感器设置有若干个，沿水深方向布置。

本实用新型的有益效果是：

采用了平滑的入流接口，尽可能地减少入流的紊动；在入流管口设有可调式导流板，对入流流向进行精准调控；在水池入流口下流设有流速检测传感器，实时检测流速的稳定，并可依据检测的结果再通过导流板进行调节，直到入流情况达到设计的入流条件；

通过“调节—反馈—再调节”系统，可对流场结构进行精准的调节，使流速尽快地达到均匀稳定，加快均匀流剖面的形成。对于多种不同的工况均有很强的适应性，同时整个波流水池占用的空间也会大大减小；

此外，本实用新型还具有自我学习能力，通过对每次的调节数据进行积累，形成针对不同波流情况的历史数据库，并对其进行总结和分析，形成大量的调节经验模拟，可对往后的模拟提供准确快速的指导。

附图说明

图1：入流边界过于平缓示意图；

图2：入流边界过于陡立示意图；

图3：本实用新型的自适应波流水池的示意图；

图4：本实用新型的导流板的细节说明图。

附图标注：1、流速监测传感器；2、造波造流装置；3、导流板；4、水泵；5、消浪装置；6、循环管路；7、计算机；8、隔水橡胶塞；9、智能夹钳阻力器；10、防漏水电机罩；11、步进电机；12、功率驱动器；13、主控和显示模块。

具体实施方式

为能进一步了解本实用新型的

技术实现要素：
、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

由于固定的入流边界和固定的导流板均无法满足实际需求，为此设计了可调节角度的导流板来进一步控制水池入流流向，导流板与步进电机11相连接，通过电脑控制导流板转动的角度，从而实现对水流的调整。

除此之外，为了验证和检测造波造流的准确性，导流的效果还可经由设置在入流处的若干流速检测仪得到反馈，可通过检测结果来判断入流是否已达到稳定。使该波流水池整体成为一个“调节—反馈—再调节”的系统，对入流水流进行综合调控。

本实用新型通过调整水池和入流管连接口的顺滑度，使之更贴合入流流体的流线形状，尽量减少水流的入流紊动，同时可通过设在入流管管口的可调式导流板对入流的流向进行调节，并通过设置在水池入流口下游的流速检测传感器进行流速稳定检测。形成一个“调节—检测—再调节”的系统，使流体入流既快又稳定地达到均匀稳定的设计入流结构。

如附图3和图4所示，一种波流试验水池智能自适应导流装置，包括计算机7、水池、造流造波系统、循环系统、智能导流系统、流速监控系统。

所述造流造波系统包括分别设置在所述水池两端的造波造流装置2和消浪装置5。

所述循环系统包括连接在所述水池底部与所述水池相连通的循环管路6和设置在所述循环管路6内、用于推动水流形成循环流动的水泵4。所述循环管路6的入流管的轴线与水平线之间的夹角为15～45°，使得水池和入流管连接口具有顺滑度，以减少入流的紊动。

所述智能导流系统包括用于智能实时调节入流方向的导流板3和与所述导流板3相连接的步进电机11，所述导流板3设置有若干个，所述步进电机11与所述导流板3一一对应。所述导流板3设置在所述循环管路6的入流管口处，所述步进电机11设置在防漏水电机罩10内。所述步进电机11连接至所述计算机7的功率驱动器12，所述功率驱动器12与主控和显示模块13相连接，通过所述计算机7实时控制所述导流板3的转角。连接所述步进电机11和所述计算机7的电缆在穿越所述防漏水电机罩10的位置设置有隔水橡胶塞8。所述步进电机11采用防水式步进电机。

此外，所述导流板3的转轴上设置有智能夹钳阻力器9，所述智能夹钳阻力器9通过齿轮和所述导流板3的转轴咬合在一起，通过对所述导流板3转动形成一定的阻力来防止所述导流板3被所述循环管路6中的水流冲偏方向。当所述导流板3转动到设定角度之后，智能夹钳阻力器9会自动咬合，控制转角的稳定。

所述流速监控系统包括用于对速度分布和流动情况进行实时监控的流速监测传感器1，所述流速监测传感器1设置在所述水池内、位于所述水池入流口下流1/3处，所述流速监测传感器1设置有若干个，沿水深方向布置。所述流速监测传感器1连接至所述计算机7，将数据传回所述计算机7，并通过所述计算机7进行分析和对所述导流板3进行再次调节。

水流进入波流水池之前，先要通过导流板3调整流向，导流板3的转向可通过计算机7进行调整，计算机7设定好转角之后，导流板3转动相应的角度后停止，在导流板3转轴上设有智能夹钳阻力器9，智能夹钳阻力器9通过齿轮和导流板3转轴咬合在一起，通过对导流板3转动形成一定的阻力来防止导流板3被管路中的水流冲偏方向。经过初步调整流向之后，水流通过平缓的入流口进入波流水池中，流动一小段距离之后，进入流速稳定监测区域，在该处沿水深方向布置若干流速监测传感器1，可测得流过水流的流速分布情况，判断流动是否已达到均匀。若流动未达到预期的状态，那么可根据目前流速的状态再次调整导流板3的转向，直到流动最终达到期望状态。流过水池部分的流体会再次进入循环管路6，在水泵4的推动下，产生稳定均匀的水流。

本装置可同时模拟波流耦合状态，造波与造流互不干扰。通过流向调节和流速实时监控，形成“调节-监控-再调节”的系统，本装置对水池中的流动超控能力强。除此之外，通过多次模拟各种工况的波流情况，可累计大量的调节数据，可大大提高本装置模拟的效率和精准度。

尽管上面结合附图对本实用新型的优选实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护范围之内。