[发明专利]一种内波与气泡相互作用的实验系统

说明书

本发明公开了一种内波与气泡相互作用的实验系统，包括实验槽、设置在实验槽内的扰动单元和气泡发生单元；所述的实验槽内部至少包括两层密度不同的介质；所述的扰动单元包括扰动板组件，该组件包括一设置在两介质界面的扰动产生模拟内波；同时，气泡发生单元开启，模拟内波和气泡相互作用，模拟气泡保护下潜体模型对内波的响应。相较于目前的内波水槽，本发明的内波气泡水槽能够完成以上的实验模拟，弥补以往内波水槽的模拟实验单一的缺点。

技术领域

本发明涉及一种内波实验方法与系统，尤其是一种研究内波与气泡相互作用的实验方法与系统。涉及专利分类号G01测量；测试G01M机器或结构部件的静或动平衡的测试；其他类目中不包括的结构部件或设备的测试G01M10/00流体动力学试验；船只试验池或水道内或上面的装置。

背景技术

海洋内波和表面波不同，最大的振幅发生在海面以下，是一种重力波，或称为内惯性重力波。内波的波要素有很强的随机性，其尺度范围很宽：对于低频内波来说，它的波长可达几十甚至几百公里，波速为每秒几米，振幅可以达到百米以上；而对于短内波来说，它的波长为几百米到几公里的量级，波速可达每秒几十厘米，周期范围从几分钟到几小时之间不等，目前观测到的最大的内潮波振幅有180米。

内波是引起海水混合、形成细微结构的重要原因。内波导致等密度面的波动，对海上设施也有破坏作用，船只航行在很浅的密度跃层上方时，其动力造成在跃层处产生内波，船只的动能被消耗，因此显著减速。潜艇或深潜器航行时若遭遇内波，会因受到分层面起伏的影响而发生快速地上下起伏运动。强大的内波可能将潜体抛向水面或压向海底，危及其航行安全。如水面舰艇在波浪处航行一样，当潜体在海洋内波区域活动时，由于内波作用其也会产生“中拱”、“中垂”现象，严重时会造成结构断裂。不仅如此内波还导致在水下活动的潜艇难以保持正常的航向和武器发射姿态，影响水下武器发射命中率。

海洋内波的产生应具备两个条件：一是海水密度稳定分层，二是要有扰动能源，两者缺一不可。在海底深层，当海水因温度、盐度的变化，出现密度分层后，尤其是在海水出现跃层，经大气压力变化、地震影响以及船舶运动等外力扰动，就可能在海水内部引发起内波。

有人对内孤立波作用下的细长潜体的运动特性进行了实验研究，认为细长潜体在内孤立波作用下的质心运动轨迹近似于椭圆，而其垂/纵荡和横/纵摇主要受到波幅因子和潜深的影响：潜体位于内孤立波上/下方时主要发生纵荡，而位于穿越内孤立波位置时主要发生垂荡。此外调研表明，介于等温层与跃温层分界面的气泡会诱导内波。以上研究结果触发了利用气泡保护强内波场中潜浮体的设想。目前的内波水槽主要用于模拟单向内波或扰动体产生内波，由于其作用的单一性，在面对一些新的研究问题时，出现了一定的局限性。比如：气泡在密度跃层处的扰动所产生内波的机理问题；模拟内波与气泡相互作用问题；模拟多个方向内波相互作用问题；在气泡保护下，潜浮体受内波激励运动响应缓解研究等等，这需要一种新的能够同时模拟内波和气泡的实验方法与系统，本发明为研究、验证这一类新问题提出了一套实验方法和实验系统。

发明内容

本发明针对以上问题的提出，而研制的一种内波与气泡相互作用的实验系统，包括实验槽、设置在实验槽内的扰动单元和气泡发生单元；

所述的实验槽内部至少包括两层密度不同的介质；

所述的扰动单元包括扰动板组件，该组件包括一设置在两介质界面的扰动板产生模拟内波；同时，气泡发生单元，模拟内波和气泡相互作用，模拟气泡保护下潜体模型对内波的响应。

作为优选的实施方式，所述的扰动板组件包括一水平扰动板I，该水平扰动板I由贯穿该扰动板的驱动轴带动，完成特定角度的转动/摆动。

作为优选的实施方式，所述的扰动板组件包括一垂直扰动板，该垂直扰动板由贯穿垂直扰动板底边缘的驱动轴带动，完成特定角度的摆动/转动。

作为优选的实施方式，所述的实验槽为矩形。