[发明专利]开敞式输水干渠的防结冰方法

权利要求书

1.一种开敞式输水干渠的防结冰方法，其特征在于，包括如下步骤：

所述防结冰方法通过开敞式输水干渠的防结冰装置防止开敞式输水干渠(1)水面结冰，所述开敞式输水干渠的防结冰装置在开敞式输水干渠(1)中呈矩阵分布；

所述开敞式输水干渠的防结冰装置包括竖直穿插在开敞式输水干渠(1)水面的圆柱状立杆(2)，所述圆柱状立杆(2)下部位于水面下方，形成位于水体中的下自由无约束端；所述圆柱状立杆(2)上部位于水面上方，形成位于空气中的上自由无约束端；所述圆柱状立杆(2)位于水面上方的杆体上设置有高度可调的固定约束点，所述固定约束点位于上自由无约束端和下自由无约束端之间，且固定约束点位置处设置有用于将圆柱状立杆(2)固定的约束装置(3)；

当横向风力绕过上自由无约束端时，上自由无约束端的背风侧形成卡门涡型振动，生成漩涡脱落频率范围；

当横向风力吹动上自由无约束端时，上自由无约束端在约束装置(3)约束下产生立杆自振，生成立杆自振频率范围；

当漩涡脱落频率范围与自振频率范围重叠时，产生涡激共振，并通过约束装置(3)改变圆柱状立杆(2)的空气阻尼特性，形成振动放大的力矩，振动放大的力矩沿圆柱状立杆(2)长度方向传递至下自由无约束端，通过克服水表面的水力约束产生振动，从而防止开敞式输水干渠(1)水面结冰。

2.根据权利要求1所述的开敞式输水干渠的防结冰方法，其特征在于：所述约束装置(3)包括设置在圆柱状立杆(2)杆体上、且呈径向布置的穿孔(3-1)，所述穿孔(3-1)内穿插有拉索(3-2)，且拉索(3-2)与穿孔(3-1)过盈配合连接，所述拉索(3-2)两端分别连接有拉锚固定装置(3-3)，两个所述拉锚固定装置(3-3)位于开敞式输水干渠(1)相对岸，通过开敞式输水干渠(1)相对岸的两个拉锚固定装置(3-3)将拉索(3-2)悬空拉起，从而将圆柱状立杆(2)固定。

3.根据权利要求2所述的开敞式输水干渠的防结冰方法，其特征在于：所述穿孔(3-1)为沿圆柱状立杆(2)长度方向、呈不等距布置的多个穿孔，从而形成不同放大倍数的力矩。

4.根据权利要求3所述的开敞式输水干渠的防结冰方法，其特征在于：所述拉锚固定装置(3-3)为可移动式的固定装置。

5.根据权利要求1所述的开敞式输水干渠的防结冰方法，其特征在于：所述圆柱状立杆(2)为轻质、空腔圆柱体，且圆柱体顶端为倒锥圆柱体，用于承接更多风力。

6.根据权利要求5所述的开敞式输水干渠的防结冰方法，其特征在于：所述圆柱状立杆(2)底端包裹有自浮体(4)，所述自浮体(4)浸没在水体中，维持圆柱状立杆(2)始终处于竖直状态。

7.根据权利要求6所述的开敞式输水干渠的防结冰方法，其特征在于：所述自浮体(4)内嵌置有圆柱体升高座(4-1)，所述升高座(4-1)套接在圆柱状立杆(2)底端。

8.根据权利要求1所述的开敞式输水干渠的防结冰方法，其特征在于：所述上自由无约束端与下自由无约束端的长度之比为7：1～9：1。

9.根据权利要求1所述的开敞式输水干渠的防结冰方法，其特征在于：所述漩涡脱落频率通过下述公式计算

f_s＝S_t×(U/D)

式中，

f_s为漩涡脱落频率，单位Hz，

S_t为斯托罗哈数，

U为横向来流风速，单位m/s，

D为立杆直径，单位m；

所述立杆自振频率通过下述公式计算

式中，

f₀为自振频率，单位Hz，

K为立杆劲度系数，

m为立杆质量，单位kg。

10.根据权利要求1所述的开敞式输水干渠的防结冰方法，其特征在于：所述固定约束点在水面上方0.4～1.4m位置处，具体位置根据横向风速调整。