一种组合多孔板的水池中消波岸设计方法及其消波装置

本发明涉及消波装置，具体为一种组合多孔板的水池中消波岸设计方法及其消波装置。

背景技术：

1、随着船舶行业的快速发展，该研究领域需要大量的物理实验测试，而波浪水池/槽是开展上述实验必备装置，在实验过程中，当波浪从水池造波端传递到水池末端时会产成波浪反射，进而对实验产生干扰，影响实验的准确性，因此，在水池末端添加消波装置尤为必要，通过水池末端添加消波装置可以有效地削减反射波，从而在封闭区域实现模拟开阔海域流场的能力，保障实验效果。

2、现有水池消波技术中消波岸设计普遍不够紧凑，大量占用宝贵的水池测试长度，这限制了水池的有效使用空间，影响了科研和实验的灵活性，其次，当前的设计方法主要聚焦于线性小波浪的消波效果，而对于非线性大波浪的吸收效率则缺乏有效优化手段，这导致在实际应用中，面对复杂多变的波浪条件，现有消波装置的效能大打折扣。

技术实现思路

1、本发明的目的是解决现有水池消波技术中消波岸设计不够紧凑、占用大量水池测试长度，以及对非线性大波浪吸收效率不佳的问题，而提出的一种组合多孔板的水池中消波岸设计方法及其消波装置。

2、本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

3、一种组合多孔板的水池中消波岸设计方法，包括以下步骤：

4、s10、测量实验水池的长、宽、水深，确定造波机生成的最大波长及波陡范围，并根据确定消波装置总长度，其中倾斜多孔板段长度为，竖直多孔板段长度为；

5、s20、布置首层倾斜多孔板，采用孔隙率的pvc多孔板，孔径，板厚，安装角度在范围内通过实验优化确定，板体后端与自由液面齐平，前端浸没深度；

6、s30、布置多层倾斜多孔板，设定n种孔隙率与n种板间距候选值，进行组合测试，其中n＞2，评估反射系数，通过迭代优化，确定最佳孔隙率与板间距组合；

7、s40、布置竖直多孔板，采用孔隙率递减排列，首层5，末层，中间层按线性递减，其中为总层数，板间距，总长度；

8、s50、通过starccm+数值模拟优化倾斜板角度与竖直板孔隙率序列，以减少物理实验次数，优化目标为减少次数；

9、s60、在距造波机的造波板、处布置两个浪高仪，记录波面时程，利用goda两点法求解入射波幅与反射波幅，公式为

10、

11、其中是两个浪高仪之间的距离，是两个浪高仪记录的波面时程之间的相位差，是波数，其中是波长；

12、s70、在得到入射波幅和反射波幅后，针对波浪的非线性特性，需对入射波幅和反射波幅之间的比值进行修正，对非线性波引入修正因子，其中波陡定义为波高与波长之比，计算最终反射系数；

13、s80、通过starccm+建立vof两相流模型，采用k-ωsst模型湍流模型，网格尺寸，以验证消波效果，对入射波幅和反射波幅之间的比值进行验证，以进行优化及改进。

14、在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

15、更进一步的，所述s10步骤中消波装置的安装位置距造波板的距离设定为。

16、更进一步的，所述s20步骤中的倾斜多孔板安装角度的优化过程是通过实验测试，以2°为测试步长，逐步调整并测量反射系数，最终选取反射系数最低的值作为最优安装角度。

17、更进一步的，所述s60步骤中相位差通过傅里叶分析计算得到，且满足色散关系，其中为圆频率，为重力加速度，为波数，为水深。

18、一种组合多孔板的水池中消波装置，所述消波装置包括：

19、第一侧板，其数量为两个且呈相互平行设置；

20、倾斜多孔板，设置于两个第一侧板之间，其数量设置有若干个；

21、第二侧板，固定安装于第一侧板的侧边端部，其数量及分布位置与第一侧板相适配；

22、竖直多孔板，设置于两个第二侧板之间，其与第二侧板之间呈相互垂直设置。

23、更进一步的，两个第一侧板的相对一侧表面上开设有插槽，其中插槽的数量设置有若干个等分为两组，分别设置于两个第一侧板的表面上，所述倾斜多孔板通过插槽过盈连接于两个第一侧板之间。

24、更进一步的，所述插槽与水平面之间呈倾斜设置，其中插槽与水平面之间的倾斜角度在10°至20°之间。

25、更进一步的，两个第二侧板的相对一侧表面上等间距开设有若干个竖向放置槽，其中竖直多孔板通过竖向放置槽过盈连接于两个第二侧板之间，其中第二侧板的数量设置有若干个。

26、与现有技术相比，本申请的技术方案具有以下有益技术效果：

27、本发明针对消波岸设计不够紧凑、占用大量水池测试长度的问题，通过测量实验水池的尺寸以及造波机生成的最大波长和波陡范围，确定了消波装置的总长度，这一设计在保证消波效果的同时，最大限度地减少了消波装置的占地面积，从而提高了水池的有效测试长度，增强了科研和实验的灵活性，其次，针对现有技术主要聚焦于线性小波浪消波效果，而对非线性大波浪吸收效率不佳的问题，本发明采用了多层组合多孔板结构，并对每层多孔板的孔隙率、孔径、板厚、安装角度以及板间距等参数进行了设计和优化，通过调整倾斜多孔板的孔隙率递增序列和板间距，实现了对不同波长和波高的波浪，尤其是非线性大波浪的有效消波，这不仅提高了消波装置对复杂波浪条件的适应能力，还显著提升了消波效率，还通过star-ccm+数值模拟技术对倾斜板角度与竖直板孔隙率序列进行了优化，大幅度减少了物理实验的次数，从而降低了研发成本和周期，同时，利用goda两点法求解入射波幅与反射波幅，并引入修正因子对非线性波进行修正，使得反射系数的计算更加准确可靠，最后，通过star-ccm+建立vof两相流模型并采用k-ωsst湍流模型进行数值模拟，网格尺寸精细至，进一步验证了消波装置的实际效果，不仅解决了现有技术中的设计紧凑性和消波效率问题，还通过数值模拟技术的引入，提高了设计效率和准确性，为船舶行业的物理实验和科学研究提供了更加高效、可靠和灵活的测试环境。

技术特征：

1.一种组合多孔板的水池中消波岸设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种组合多孔板的水池中消波岸设计方法，其特征在于，所述s10步骤中消波装置的安装位置距造波板的距离设定为。

3.根据权利要求1所述的一种组合多孔板的水池中消波岸设计方法，其特征在于，所述s20步骤中的倾斜多孔板安装角度的优化过程是通过实验测试，以2°为测试步长，逐步调整并测量反射系数，最终选取反射系数最低的值作为最优安装角度。

4.根据权利要求1所述的一种组合多孔板的水池中消波岸设计方法，其特征在于，所述s60步骤中相位差通过傅里叶分析计算得到，且满足色散关系，其中为圆频率，为重力加速度，为波数，为水深。

5.一种依据权利要求1至4任一项所述的一种组合多孔板的水池中消波岸设计方法设计的消波装置，其特征在于，所述消波装置包括：

6.根据权利要求5所述的一种组合多孔板的水池中消波装置，其特征在于，两个第一侧板（1）的相对一侧表面上开设有插槽（5），其中插槽（5）的数量设置有若干个等分为两组，分别设置于两个第一侧板（1）的表面上，所述倾斜多孔板（2）通过插槽（5）过盈连接于两个第一侧板（1）之间。

7.根据权利要求6所述的一种组合多孔板的水池中消波装置，其特征在于，所述插槽（5）与水平面之间呈倾斜设置，其中插槽（5）与水平面之间的倾斜角度在10°至20°之间。

8.根据权利要求5所述的一种组合多孔板的水池中消波装置，其特征在于，两个第二侧板（3）的相对一侧表面上等间距开设有若干个竖向放置槽（6），其中竖直多孔板（4）通过竖向放置槽（6）过盈连接于两个第二侧板（3）之间，其中第二侧板（3）的数量设置有若干个。

技术总结
本发明涉及消波装置技术领域，且公开了一种组合多孔板的水池中消波岸设计方法及其消波装置，包括以下步骤：测量实验水池的长、宽、水深，确定造波机生成的最大波长及波陡范围，并根据确定消波装置总长度，其中倾斜多孔板段长度为，竖直多孔板段长度为；布置首层倾斜多孔板，采用孔隙率的PVC多孔板，孔径，板厚，安装角度在范围内通过实验优化确定，板体后端与自由液面齐平，前端浸没深度。该组合多孔板的水池中消波岸设计方法及其消波装置的目的是解决现有水池消波技术中消波岸设计不够紧凑、占用大量水池测试长度，以及对非线性大波浪吸收效率不佳的问题。

技术研发人员：张杰,魏金梓,段文洋,辛志康,胡宁,向智涵,孙寒旭
受保护的技术使用者：青岛哈尔滨工程大学创新发展中心
技术研发日：
技术公布日：2025/4/7