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    多板主動(dòng)吸收造波技術(shù)實(shí)驗(yàn)研究

    2021-06-29 07:24:48白志剛汪曉宇余海濤
    水道港口 2021年2期
    關(guān)鍵詞:造波波面水池

    白志剛,吳 哲,馬 暄,汪曉宇,余海濤

    (天津大學(xué) 建筑工程學(xué)院,天津 300354)

    波浪實(shí)驗(yàn)是進(jìn)行海洋水動(dòng)力物理實(shí)驗(yàn)?zāi)P脱芯康闹匾M成部分。在進(jìn)行有結(jié)構(gòu)物的波浪實(shí)驗(yàn)時(shí),波浪會(huì)在水池、結(jié)構(gòu)物和造波機(jī)械之間多次反射,這種反射現(xiàn)象出現(xiàn)在結(jié)構(gòu)物和造波結(jié)構(gòu)之間的水域,無(wú)法通過(guò)加設(shè)被動(dòng)吸收裝置的方式消除。解決該問(wèn)題的辦法是讓造波機(jī)在造波的同時(shí)進(jìn)行吸收運(yùn)動(dòng),通過(guò)吸收運(yùn)動(dòng)抵消反射波浪在造波板上產(chǎn)生的二次反射波,維持造波板到結(jié)構(gòu)物之間行進(jìn)波的穩(wěn)定,這種吸收方式被稱(chēng)為主動(dòng)吸收。

    實(shí)驗(yàn)室造波技術(shù)涉及多種行業(yè)知識(shí)的交叉,是一種結(jié)合了水動(dòng)力理論、機(jī)械工程、自動(dòng)化控制、信息通訊和信號(hào)處理的綜合控制技術(shù)。國(guó)外對(duì)造波技術(shù)的研究起步較早,經(jīng)歷了實(shí)驗(yàn)環(huán)境從水槽到水池,波浪理論從線(xiàn)性波到非線(xiàn)性波,波浪方向從二維到三維,水池形式從單邊布置到雙邊布置以及圓形布置,造波方式從普通造波到主動(dòng)吸收造波的發(fā)展過(guò)程。在國(guó)外,1987年Hirakuchi[1]將波高傳感器安裝在造波板上,實(shí)現(xiàn)了不規(guī)則波的主動(dòng)吸收造波。1995年Christensen[2]設(shè)計(jì)了用于方向譜吸收的多板全三維主動(dòng)吸收系統(tǒng)。在國(guó)內(nèi),1994年柳淑學(xué)[3]研究了分段式造波機(jī)的造波特性,2005年柳淑學(xué)[4]基于時(shí)域控制法和代表頻率法實(shí)算法實(shí)現(xiàn)不規(guī)則波的主動(dòng)吸收,2012年李俊[5]研究了雙邊多單元造波機(jī)的造波特性。2016年楊洪齊[6]基于遞歸重加權(quán)最優(yōu)算法實(shí)現(xiàn)了三維不規(guī)則波的主動(dòng)吸收。2014年李宏偉從智能控制的思路出發(fā),分別基于S面控制[7]和廣義預(yù)測(cè)控制[8]實(shí)現(xiàn)了主動(dòng)吸收造波。目前針對(duì)二維水槽主動(dòng)吸收技術(shù)的研究已比較成熟,國(guó)內(nèi)外主動(dòng)吸收課題主要為針對(duì)三維多向水池和非線(xiàn)性波浪造波及吸收[9]。

    多板控制的二維主動(dòng)吸收造波技術(shù)是二維水槽和三維水池主動(dòng)吸收造波技術(shù)研究的過(guò)渡階段。首先,相對(duì)于水槽,水池橫向?qū)挾容^大,水動(dòng)力荷載和扭矩也相應(yīng)增大,必須采用多組造波板裝置以降低每組裝置的荷載。其次,在水池造波過(guò)程中,由于水池中結(jié)構(gòu)物往往為三維結(jié)構(gòu),即使進(jìn)行二維造波,反射波往往也夾雜著橫向波浪,僅用一塊造波板無(wú)法消除橫向波,而通過(guò)采用多板異步運(yùn)動(dòng)的主動(dòng)吸收系統(tǒng),可以抑制橫波對(duì)波浪質(zhì)量的影響,針對(duì)該技術(shù)的研究為后續(xù)三維造波的研究提供了基礎(chǔ)。

    本文基于線(xiàn)性造波理論和基于板上波高信號(hào)的主動(dòng)吸收造波理論,結(jié)合TwinCAT3控制平臺(tái)和高精度的伺服驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了二維規(guī)則波和不規(guī)則波的主動(dòng)吸收造波,通過(guò)時(shí)域控制法的分體控制解決了部分水池橫向不穩(wěn)定波的問(wèn)題。

    1 理論背景

    1.1 規(guī)則波造波理論

    假定造波板為剛性,水體為理想無(wú)旋流體,造波板位移幅值很小,且波浪滿(mǎn)足微幅波條件。造波板造波運(yùn)動(dòng)如圖1所示。X軸表示水池造波波面方向,Z軸為造波板的平均位置。水池水深為h。

    圖1 二維造波示意圖Fig.1 Two dimensional wavemaker diagram

    在二維條件下,假設(shè)波面的勢(shì)函數(shù)為φ(x,z,t) ,根據(jù)拉普拉斯方程可得

    (1)

    式中:x與z為波浪的坐標(biāo)位置;t為時(shí)間。

    假設(shè)造波板的位置時(shí)間函數(shù)為一正弦函數(shù)

    X(t)=X0sinωt

    (2)

    式中:X0為造波板的振幅;ω為造波板運(yùn)動(dòng)頻率;t為時(shí)間。

    在水池底面,水體垂直于底面的運(yùn)動(dòng)速度為0。速度邊界條件可以表示為

    (3)

    設(shè)波浪自由表面為η。基于微幅波假定,由伯努利方程與勢(shì)函數(shù)的性質(zhì),可得

    (4)

    (5)

    式中:g為重力加速度。

    在造波板處,水體水平運(yùn)動(dòng)速度等于造波板速度

    (6)

    根據(jù)式(2)~(6)可以求解造波板運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的波面方程

    (7)

    η為造波板運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的波面,c0、cn、k、kn通過(guò)式(3) ~(6)求解。

    ω2=gktanhk0h

    (8)

    ω2=-gkntanhknh

    (9)

    (10)

    (11)

    式中:第一項(xiàng)是穩(wěn)定的行進(jìn)波項(xiàng),記為η0,1;第二項(xiàng)在造波板面位置有一定的幅度,然而由于指數(shù)系數(shù)的存在,隨波浪傳播一段距離后逐漸消失,稱(chēng)為非傳播模態(tài)項(xiàng),記為η0,2。式(7)表示造波板運(yùn)動(dòng)與造波板上波浪波高的關(guān)系。c0、cn統(tǒng)稱(chēng)為水動(dòng)力傳遞系數(shù),代表了造波板位移和波高的幅值響應(yīng)關(guān)系。當(dāng)采用非封閉式造波板時(shí),板前后存在水體交換,理想水動(dòng)力傳遞系數(shù)與實(shí)際水池的傳遞系數(shù)有差別,在開(kāi)始主動(dòng)吸收造波之前理應(yīng)通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證其各個(gè)工況下的值,如果偏差較大,先對(duì)該傳遞系數(shù)進(jìn)行修正[10]。式(2)與式(7)對(duì)比可以看出,波高信號(hào)與造波板位移信號(hào)存在90°的相位差。

    1.2 規(guī)則波吸收理論

    基于板運(yùn)動(dòng)的疊加性和微幅波的疊加性,讓板在造波運(yùn)動(dòng)X0維持行進(jìn)波的同時(shí),疊加一個(gè)吸收運(yùn)動(dòng)X′=Xasin(ωt+φ)用來(lái)抵消二次反射波。φ表示該運(yùn)動(dòng)與造波運(yùn)動(dòng)的相位差。修正后的板運(yùn)動(dòng)方程為

    X=X0sinωt+Xasin(ωt+φ)

    (12)

    理想狀態(tài)下造波板上的波面η可以視為以下波浪的疊加

    η=η0,1+ηa,1+η0,2+ηa,2+ηr+ηrr

    (13)

    式中:ηa,1和ηa,2分別為板的吸收運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的行進(jìn)波項(xiàng)和非傳播模態(tài)項(xiàng);ηr為一次反射波;ηrr為二次反射波。假設(shè)板的二次反射率為krr,二次反射波和板吸收運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的行進(jìn)波項(xiàng)相抵消,有

    ηa=-ηrr,ηrr=krrηr

    (14)

    行進(jìn)波項(xiàng)的和可以寫(xiě)成如下形式

    (15)

    非傳播模態(tài)項(xiàng)的和可以寫(xiě)成如下形式

    (16)

    式(13)左右同時(shí)加ηp,聯(lián)立式(14) ~(16) ,化簡(jiǎn)后得到造波板的運(yùn)動(dòng)微分方程為

    (17)

    式(17)右側(cè)η與X(t)均可以通過(guò)傳感器反饋得到,krr預(yù)設(shè)為1,其他各量均已求解,通過(guò)該方程即可實(shí)現(xiàn)造波板的運(yùn)動(dòng)控制步循環(huán)。

    (18)

    式中:i表示沿y方向的傳感器編號(hào)。通過(guò)這種方式可以維持板群整體的穩(wěn)定性。

    1.3 不規(guī)則波造波理論

    (19)

    1.4 不規(guī)則波吸收理論

    由于不規(guī)則波很難得到每個(gè)頻率下波分量具體的實(shí)測(cè)值,對(duì)不規(guī)則波使用代表頻率加權(quán)法,對(duì)每個(gè)頻率的波考慮其能量在譜總能量的占比,加權(quán)計(jì)算其波高,則造波板運(yùn)動(dòng)與實(shí)測(cè)波高之間的關(guān)系如式(20)所示。λi的計(jì)算公式如式(21)所示。

    (20)

    (21)

    2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與實(shí)驗(yàn)布置

    2.1 部件結(jié)構(gòu)

    吸收式造波機(jī)系統(tǒng)分為造波機(jī)械結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)兩部分。造波機(jī)械結(jié)構(gòu)由推板、運(yùn)動(dòng)軌道、滑塊、同步帶、減速機(jī)組成;運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)由上位機(jī)、運(yùn)動(dòng)控制器、伺服驅(qū)動(dòng)器、伺服電機(jī)、限位傳感器和波高傳感器組成。本設(shè)備運(yùn)動(dòng)控制器型號(hào)為Beckhoff CX2030,伺服驅(qū)動(dòng)器型號(hào)為ABB MotiFlex-e180,伺服電機(jī)額定功率4 400 w,額定轉(zhuǎn)速1 500 r/min。造波機(jī)采用水平推板結(jié)構(gòu),板寬0.5 m。相比搖板結(jié)構(gòu),推板運(yùn)動(dòng)幅值更小,能更有效率地利用有限沖程,更適用于小水深造波[12]。經(jīng)同步帶和減速機(jī)傳動(dòng)后,電機(jī)額定轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)板移速1.2 m/s。

    2.2 多板控制方式與系統(tǒng)

    主動(dòng)吸收式造波需要通過(guò)板前波高傳感器的讀數(shù)實(shí)時(shí)地調(diào)整造波板的運(yùn)動(dòng),故造波控制系統(tǒng)需要具備良好的實(shí)時(shí)性、穩(wěn)定性和抗干擾性。相對(duì)于單板系統(tǒng),多板水池需要的造波板和傳感器數(shù)目更多,控制算法變得復(fù)雜,處理器要在一個(gè)PLC掃描周期內(nèi)進(jìn)行更多計(jì)算,同時(shí)要求數(shù)據(jù)通訊有更好的實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性。

    注:i為造波板序號(hào)。圖2 Simulink-Module程序步循環(huán)流程圖Fig.2 Simulink-Module Program step cycle flow chart

    八個(gè)電容式波高傳感器固定在八塊造波板的迎水面正中央,控制器通過(guò)IO模塊讀取傳器讀取波高的模擬量信號(hào),用于主動(dòng)吸收的計(jì)算。造波機(jī)造波、吸收過(guò)程的運(yùn)動(dòng)計(jì)算通過(guò)Simulink模塊完成[13]。 模塊每個(gè)掃描周期的工作流程如圖2所示。造波前,先通過(guò)水深和周期計(jì)算水動(dòng)力傳遞系數(shù),對(duì)于規(guī)則波,水動(dòng)力傳遞系數(shù)是固定的數(shù),而對(duì)于不規(guī)則波,輸入的周期為使用波譜的特征周期,傳遞系數(shù)是隨頻率變化的數(shù)組。在主動(dòng)吸收實(shí)驗(yàn)之前,先以八根傳感器的平均波高對(duì)水動(dòng)力傳遞系數(shù)進(jìn)行率定修正。預(yù)運(yùn)算和修正完成后造波板移動(dòng)至造波運(yùn)動(dòng)的起始位置,開(kāi)始主動(dòng)吸收造波。PLC每個(gè)掃描周期獲得八個(gè)傳感器的波高信號(hào),并且通過(guò)伺服驅(qū)動(dòng)器的編碼器線(xiàn)獲得八塊造波板的位置信號(hào),將其做為輸入量調(diào)用模塊,輸出八塊板的位移信號(hào)。運(yùn)動(dòng)控制器將運(yùn)動(dòng)信號(hào)下發(fā)給伺服驅(qū)動(dòng)器,伺服驅(qū)動(dòng)器控制伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng),通過(guò)減速傳動(dòng)裝置帶動(dòng)造波板運(yùn)動(dòng)。造波板造出的波一部分用于產(chǎn)生目標(biāo)行進(jìn)波,一部分用來(lái)抵消二次反射波。

    在本系統(tǒng)中,運(yùn)動(dòng)控制器發(fā)出的控制信號(hào)與軸運(yùn)動(dòng)的延遲時(shí)間為4 ms,八塊造波板之間的同步時(shí)間偏差小于1 ms。本文使用的PLC掃描周期為1 ms,Simulink的計(jì)算也在一個(gè)PLC的掃描周期內(nèi)完成。波浪信號(hào)的采樣間隔為1 ms,與控制器信號(hào)反饋間隔相匹配,采樣延遲為30 ms。系統(tǒng)的整體延遲為34 ms,主要受制于傳感器采樣延遲。主動(dòng)吸收控制系統(tǒng)如圖3 所示。

    圖3 主動(dòng)吸收控制系統(tǒng)示意圖Fig.3 Schematic diagram of active absorption control system

    2.3 水池系統(tǒng)與布置

    本實(shí)驗(yàn)在天津大學(xué)水利工程仿真與安全國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行。水池寬4 m、長(zhǎng)17 m,最大深度1.5 m,如圖4所示。造波板與水池長(zhǎng)度方向垂直。造波機(jī)背面布置盲溝消波箱,防止板后波浪濺出水池;水池末端整體為混凝土直立墻,為體現(xiàn)不規(guī)則反射面給波浪場(chǎng)帶來(lái)的影響以及驗(yàn)證多板系統(tǒng)的吸收效果,在直立墻左端加一寬20 cm的45°三角直立面,以形成明顯的斜向反射。

    圖4 水池布置側(cè)視圖與末端俯視圖(單位:mm)Fig.4 Side view of basin layout

    實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)水深0.8 m,最大波高0.09 m,近似滿(mǎn)足微幅波條件。由于末端三角的原因,波浪的橫向差異不可忽略,故應(yīng)在寬度方向上布置一定數(shù)量的傳感器,通過(guò)同一排傳感器采集到的波面差異評(píng)估水槽中的橫向波大小。1~3號(hào)傳感器布置在距離造波板9.5 m處,4~6號(hào)傳感器布置在距離造波板9.8 m處,沿X方向兩根傳感器為一組,進(jìn)行兩點(diǎn)法的計(jì)算。

    在線(xiàn)性波假定的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)波浪分析算法。對(duì)于規(guī)則波,通過(guò)入反射分離得到行進(jìn)波波形,將行進(jìn)波與理論值對(duì)比,得到造波板的消波效果。對(duì)于不規(guī)則波,在分離后通過(guò)對(duì)水槽中的波浪進(jìn)行頻譜變換,得到實(shí)際行進(jìn)波譜型與理論譜型的對(duì)比,分析得到造波板的消波效果。

    在主動(dòng)吸收造波前需要先驗(yàn)證行進(jìn)波傳遞系數(shù)的正確性。對(duì)于多板的水池造波系統(tǒng),水池中央和側(cè)面的傳遞系數(shù)實(shí)際上存在差異,因此水池中傳感器的平均波高作為修正傳遞系數(shù)的基準(zhǔn)。

    3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

    3.1 規(guī)則波實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

    以H=0.09 m、T=1.25 s的工況為例,進(jìn)行非主動(dòng)吸收和主動(dòng)吸收規(guī)則波造波實(shí)驗(yàn),造波時(shí)間300 s。使三對(duì)傳感器組分別進(jìn)行入反射分離,得到兩種造波方式下1~3號(hào)傳感器位置沿X軸方向傳播的前進(jìn)波波面如圖5所示。水池中前進(jìn)波包括造波機(jī)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的波,與推波板面產(chǎn)生的二次反射波。由于二次反射波的存在,非主動(dòng)吸收造波的前進(jìn)波波面隨時(shí)間不斷變化,無(wú)法保持穩(wěn)定。此外,三個(gè)位置傳感器組檢測(cè)到的行進(jìn)波差異較大,這說(shuō)明水池中的反射波存在橫波成分。相比之下主動(dòng)吸收造波前進(jìn)波面長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定保持在目標(biāo)波高附近,不僅整體消除了二次反射波,而且在一定程度上消除了行進(jìn)波橫向差異。

    對(duì)理論行進(jìn)波面、主動(dòng)吸收實(shí)測(cè)行進(jìn)波面和非主動(dòng)吸收實(shí)測(cè)行進(jìn)波面進(jìn)行快速傅里葉變換,得到三個(gè)位置該方向波浪的波高頻譜圖如圖6所示,橫坐標(biāo)為頻率,縱坐標(biāo)為該頻率下波浪的振幅(即半波高)。非主動(dòng)吸收的行進(jìn)波面出現(xiàn)了多個(gè)頻峰,振幅衰弱嚴(yán)重,而主動(dòng)吸收的行進(jìn)波面頻率很好地保持在設(shè)定頻率上。

    表1 規(guī)則波主動(dòng)吸收式造波振幅偏差率

    3.2 不規(guī)則波實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

    不規(guī)則波造波實(shí)驗(yàn)使用Jonswap譜,輸入的造波參數(shù)為譜峰因子γ、三分之一大波H1/3和譜峰周期Tm。因?yàn)椴灰?guī)則波非主動(dòng)吸收造波的波面由各成分波隨機(jī)疊加,在高頻、大波高情況下易發(fā)生破碎,故以較低波高的工況為例說(shuō)明主動(dòng)吸收的效果,以γ=3.3、H1/3=0.03 m、Tm=1.11 s工況進(jìn)行非主動(dòng)吸收和主動(dòng)吸收不規(guī)則波造波,造波時(shí)間為120 s。對(duì)于不規(guī)則波數(shù)據(jù)的處理方法不同于規(guī)則波,從能量角度出發(fā)計(jì)算波浪的偏差率。兩種造波方式行進(jìn)波的能量譜對(duì)比如圖7。在多次反射后,非主動(dòng)吸收波浪不斷疊加,行進(jìn)波能量已遠(yuǎn)超目標(biāo)譜,造波時(shí)間超過(guò)120 s后部分工況會(huì)出現(xiàn)破碎波浪。從三組傳感器波譜圖對(duì)比,可以看出在經(jīng)過(guò)120 s的造波過(guò)程后,橫向各位置的波面成分出現(xiàn)很大差異。主動(dòng)吸收實(shí)驗(yàn)下各傳感器位置的能量譜雖然形狀與幅度基本與目標(biāo)譜一致,保持了波面的穩(wěn)定。

    對(duì)于不規(guī)則波,同樣計(jì)算行進(jìn)波振幅偏差率,將各工況三組傳感器的結(jié)果平均后如表2所示。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明在低頻情況下不規(guī)則波主動(dòng)吸收的行進(jìn)波振幅偏差率整體分布在15%以?xún)?nèi)。

    表2 不規(guī)則波主動(dòng)吸收式造波振幅偏差率Tab.2 Energy deviation rate of irregular wave active absorption wavemaker %

    3.3 多板造波水池與單板造波水池對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

    在非主動(dòng)吸收造波過(guò)程中,觀測(cè)到了有橫向波的存在,橫波在傳播過(guò)程中出現(xiàn),幅值隨時(shí)間發(fā)育,長(zhǎng)時(shí)間造波后橫波在池中反復(fù)反射,嚴(yán)重影響了波浪質(zhì)量。在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)橫向波的發(fā)育情況也與波浪周期有關(guān)。對(duì)于該20 m長(zhǎng)水池,進(jìn)行短周期波主動(dòng)吸收造波時(shí),橫向差異會(huì)在100 s內(nèi)明顯發(fā)育,而對(duì)于超過(guò)2 s的長(zhǎng)周期波浪則可以維持超過(guò)300 s的穩(wěn)定主動(dòng)吸收造波時(shí)間。

    8-a 八塊板同步運(yùn)動(dòng) 8-b 八塊板分體運(yùn)動(dòng)圖8 兩種方式主動(dòng)吸收造波300 s后波面對(duì)比圖Fig.8 Comparison of wave surface after 300 s by two active absorption modes

    對(duì)于窄水槽,這種橫波情況很難解決,只能通過(guò)限制工況的方式避免橫波出現(xiàn)。但是對(duì)于水池,寬度方向上各塊造波板可以獨(dú)立運(yùn)動(dòng),通過(guò)板之間進(jìn)行有相位差的錯(cuò)位運(yùn)動(dòng),可以在水池中抵消部分橫波,限制其發(fā)育,維持穩(wěn)定波場(chǎng)。從根本解決該問(wèn)題的方法是采用三維造波。基于本次研究從二維到三維的過(guò)渡性質(zhì),在采用二維時(shí)域控制法的同時(shí),將八塊板的信號(hào)輸入和位置輸出各自獨(dú)立,八塊板以自身板上波高和位置進(jìn)行反饋計(jì)算,嘗試解決部分橫向差異問(wèn)題。

    為驗(yàn)證多板異步運(yùn)動(dòng)的效果,以設(shè)定波高0.09 m、周期1.25 s工況為例,先將板的分體控制關(guān)閉,八塊板同步運(yùn)動(dòng),僅以第五塊板的波高傳感器做為控制信號(hào)進(jìn)行主動(dòng)吸收造波;再采用多傳感器輸入、多板分體運(yùn)動(dòng)的方式在相同工況下造波。拍攝兩種控制方式下300 s后水池情況如圖8所示。

    將兩組工況數(shù)據(jù)進(jìn)行入反射分離得到行進(jìn)波波面如圖9所示,能更明顯地看出分體運(yùn)動(dòng)對(duì)橫向差異的抑制效果。圖1中在八塊板同步整體控制的情況下,前100s波面維持在目標(biāo)波面附近,但200 s后橫向波發(fā)育明顯,波浪非常不穩(wěn)定。而開(kāi)啟分體控制后,各個(gè)位置的波高都穩(wěn)定在目標(biāo)波高附近。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明單板控制的水池造波會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的橫波干擾,而多板控制方法不僅能消除二次反射波,而且通過(guò)板的異步運(yùn)動(dòng)克服了部分橫向波的影響,有效地解決了部分工況下橫向波浪縮短有效造波時(shí)間的問(wèn)題。

    4 結(jié)論

    本文基于時(shí)域控制法與代表頻率法,設(shè)計(jì)了應(yīng)用于二維水池的多板主動(dòng)吸收造波控制系統(tǒng)。通過(guò)物理模型實(shí)驗(yàn)對(duì)比驗(yàn)證,系統(tǒng)對(duì)于水池規(guī)則波二次反射波的吸收效果明顯,開(kāi)啟主動(dòng)吸收造波功能時(shí),二維規(guī)則波的振幅偏差率僅部分工況局部位置超過(guò)15%,各工況平均振幅偏差率在10%以?xún)?nèi);二維不規(guī)則波的振幅偏差率僅部分工況超過(guò)20%,各工況平均振幅偏差率在15%以?xún)?nèi),達(dá)到了主動(dòng)吸收造波的目的。

    本文論證了應(yīng)用于水池的造波機(jī)與水槽造波機(jī)設(shè)計(jì)上的本質(zhì)區(qū)別。即使進(jìn)行二維造波,在有一定寬度的水池中也會(huì)出現(xiàn)橫向波,嚴(yán)重影響造波質(zhì)量,而多傳感器采集、多板造波的方式可以在一定程度上限制橫向波浪的發(fā)育。

    規(guī)則波和不規(guī)則波實(shí)驗(yàn)結(jié)果中,都出現(xiàn)了主動(dòng)吸收實(shí)際波譜峰值低于目標(biāo)波譜的問(wèn)題。這是由于水池具有一定寬度,存在三維特性,橫向?qū)挾壬细鱾€(gè)造波板的水動(dòng)力傳遞系數(shù)各不相同。通過(guò)率定水動(dòng)力傳遞系數(shù)可以在一定程度上解決部分位置的波高擬合問(wèn)題,更根本的解決方法是對(duì)三維水池造波的研究構(gòu)建以及實(shí)施。本文為后續(xù)三維主動(dòng)吸收的研究鋪墊了重要基礎(chǔ)。

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