發(fā)布時(shí)間：2020-06-05 16:51

【摘要】：造波機(jī)是海洋工程、海岸工程、船舶港口等領(lǐng)域中的重要基礎(chǔ)設(shè)備。它通常使用液壓驅(qū)動(dòng)或電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制造波板或造波機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)生成波浪。在滿足波浪生成時(shí)所需的大功率、高頻率的要求條件下,電機(jī)驅(qū)動(dòng)在重載及往復(fù)變向的情況下造波存在電機(jī)體積和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大等現(xiàn)象,電液伺服驅(qū)動(dòng)造波存在著伺服閥在高頻下流量小的弊端。在滿足大功率造波的條件下,選擇轉(zhuǎn)閥控制式液壓造波解決大功率、高頻率及在一定頻率下提高波浪波幅的造波問(wèn)題。論文在基于轉(zhuǎn)閥控制式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)理論與線性造波理論的基礎(chǔ)上,建立轉(zhuǎn)閥控制式造波數(shù)學(xué)模型,將轉(zhuǎn)閥的控制參數(shù)與生成的波浪參數(shù)建立聯(lián)系,通過(guò)搭建的轉(zhuǎn)閥控制式造波平臺(tái)進(jìn)行試驗(yàn),通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)與理論仿真數(shù)據(jù)的對(duì)比,驗(yàn)證轉(zhuǎn)閥控制式造波技術(shù)的可行性。并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行推板與搖板造波試驗(yàn)對(duì)比及波浪疊加試驗(yàn)。論文的主要工作如下:(1)基于轉(zhuǎn)閥的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作原理,對(duì)轉(zhuǎn)閥控制式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)學(xué)建模,探究轉(zhuǎn)閥的控制參數(shù)與液壓缸位移的關(guān)系,對(duì)推搖造波機(jī)造波理論二維水力傳力函數(shù)進(jìn)行推導(dǎo),導(dǎo)出推板造波與搖板造波的水利傳遞函數(shù),將轉(zhuǎn)閥控制式驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與推搖造波理論結(jié)合,建立轉(zhuǎn)閥控制式造波系統(tǒng)的理論數(shù)學(xué)模型,并建立Matlab/Simulink仿真模型。(2)為研究在不同系統(tǒng)供油壓力、不同閥口開度、不同造波頻率下波浪生成情況,通過(guò)搭建的轉(zhuǎn)閥控制式造波試驗(yàn)平臺(tái),分別進(jìn)行了推板造波與搖板造波試驗(yàn),將試驗(yàn)中所采集處理的造波板位移與波浪數(shù)據(jù)與建立的仿真模型所得的數(shù)據(jù)進(jìn)行研究對(duì)比,結(jié)果表明,試驗(yàn)所得波浪波長(zhǎng)數(shù)據(jù)與理論相一致,誤差大小在6%以下,造波板位移和波浪波幅與理論之間的誤差基本上在10%以下,造波板位移誤差主要來(lái)自于數(shù)學(xué)模型參數(shù)設(shè)定的誤差以及造波過(guò)程試驗(yàn)設(shè)備帶來(lái)的誤差,波幅的誤差主要來(lái)源于造波板位移的誤差。試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了轉(zhuǎn)閥控制式造波技術(shù)的可行性。(3)在推板造波與搖板造波的基礎(chǔ)上,對(duì)推板造波與搖板造波的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比分析,并且分別進(jìn)行了不同造波方式、不同控制參數(shù)下的波浪疊加試驗(yàn),試驗(yàn)的結(jié)果表明波浪疊加之后的波高與理論期望的波高接近,證實(shí)了轉(zhuǎn)閥控制式生成波浪疊加的可行性。
【圖文】：

1950 年，法國(guó) Sogreah 研究所研制了世界上最早的可用于模擬斜向規(guī)則波的“蛇形造波機(jī)”[14-15]。隨著研究的不斷進(jìn)展，越來(lái)越先進(jìn)的波浪模擬水池建立。目前世界上處于領(lǐng)先地位的大型波浪模擬試驗(yàn)水池有：荷蘭 Marin 水池[16-17]，巴西 Laboceano水池，德國(guó)漢堡水池 HSVA，日本國(guó)家海事研究所水池，挪威 MARINTEK 水池，韓國(guó)MOERT 水池，美國(guó)海軍 MASK 水池，英國(guó)愛丁波大學(xué) Flowave 水池等。荷蘭的 Marin 水池是世界上最先進(jìn)的水池之一，它擁有多種試驗(yàn)條件的水池，如深水拖曳水池、高速水池、淺水水池、耐波性與操縱性水池、減壓波浪水池，近海水池等，其耐波性與操縱性水池長(zhǎng) 170m，寬 40m，能夠產(chǎn)生波高 0.45m 持續(xù)波峰時(shí)間 2秒的波浪，具有高階波浪合成及主動(dòng)吸波技術(shù)，可進(jìn)行任意方向波浪的耐波性試驗(yàn)、靜水與波浪中的行進(jìn)阻力試驗(yàn)等；其近海水池深度可達(dá) 10.2m，可模擬多種波浪、海流和強(qiáng)風(fēng)，進(jìn)行海洋結(jié)構(gòu)物、系泊固定結(jié)構(gòu)物在波浪、風(fēng)和海流作用下的動(dòng)力定位試驗(yàn)；其淺水水池長(zhǎng) 220m，寬 15.8m，，深 1.1m，可產(chǎn)生各種規(guī)則波與不規(guī)則波，波的周期 0.5 秒~5 秒，波向 0~180 度，波高可達(dá) 0.25m，進(jìn)行多種水動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)。

日本港灣空港技術(shù)研究所擁有世界上先進(jìn)水平的大波浪水池[18]，長(zhǎng) 184m，寬3.5m，深 12m，由 AC 伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，所造波浪周期范圍為 2 秒~8 秒，所造波高最大可達(dá) 3.5m；日本國(guó)家海事研究所的深水海洋工程水池[19]，其特殊的圓形水池截面結(jié)構(gòu)尺寸為直徑 14m，深 5m，造波裝置沿水池周向安置，所造波浪波高可達(dá) 0.5m；日本大阪大學(xué)船舶與海洋學(xué)部的圓形波浪水池 AMOEBA，直徑 1.6m，具有先進(jìn)的主動(dòng)吸收造波技術(shù)，可在水池中模擬強(qiáng)非線性波[20]。我國(guó)對(duì)于波浪模擬方面的研究較與國(guó)外起步晚，國(guó)內(nèi)的學(xué)者在這方面不斷地進(jìn)行探索研究，很多科研人員致力于造波水池的發(fā)展，開展大功率不規(guī)則大水池波浪生成的研究[21]，我國(guó)也先后建立了很多大型試驗(yàn)水池。中國(guó)船舶科學(xué)研究中心是我國(guó)較早開始建立大型試驗(yàn)水池的機(jī)構(gòu)，目前擁有耐波性水池實(shí)驗(yàn)室、深水拖曳水池、減壓拖曳水池等多個(gè)實(shí)驗(yàn)水池，其中耐波性波浪水池結(jié)構(gòu)尺寸為長(zhǎng) 69m，寬 46m，深 4m，規(guī)則波最大波高可達(dá) 0.5m，周期 0.5 秒~5 秒，不規(guī)則波最大波高可達(dá) 1.0m，可在任意方向生成長(zhǎng)峰波及短峰波。
【學(xué)位授予單位】：安徽理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：P75;P731.22

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2698337