一种冲箱型造波生成二阶斯托克斯波方法及造波系统

技术特征：
1.一种冲箱型造波生成二阶斯托克斯波方法，当采用冲箱型造波机造波，其特征在于，该方法包括:s1、确定二阶斯托克斯波表达式为：其中表达式为d为水深，k为波数k＝2π/l，l为波长，h为波高，φ为波浪相位角；s2、根据质量守恒原理，冲箱的下降会引起自由水面的抬升从而形成波峰，冲箱的上升会降低自由水面从而形成波谷，关系式如下：v
t-v0＝v1 v2ꢀꢀꢀ
(2)其中v
t
表示t时刻冲箱的淹没体积，v0表示初始时刻冲箱的淹没体积，v1表示波面和静水面之间的体积，v2表示冲箱湿表面和静水面之间的体积；s3、定义与自由水面重合并指向冲箱为x轴，与自由水面垂直并指向上为y轴，v1通过从0到x
c
的波浪表面方程积分获得其中x
c
是波浪表面和冲箱相互作用的水平位置，η(x)为x位置的波面高度；v2、v0和v
t
可以通过下面的公式表达下面的公式表达下面的公式表达其中s是冲箱的垂直位移，ds是冲箱初始淹没水深，θ是底部夹角；s4、将s3中的公式(3)到公式(6)代入公式(2)中，得到式中，s和x
c
是两个关于时间未知变量；s5、定义楔形体自由表面方程式为f(y)＝c
·
t-(y s)tanθ
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)式中，c为生成波浪传播速度、t为时刻、y是变量；将(x
c
，η|
x＝xc
)带入方程式(8)中得到：公式(7)到公式(9)组成实时冲箱位移表达式；s6、将公式(1)代入公式(7)和公式(9)中，使用冲箱产生二阶斯托克斯波的位移通过如下方程式得到：
s7、将公式(10)载入冲箱型造波机的造波系统中，便能够在水槽中产生二阶斯托克斯波。2.如权利要求1所述的一种冲箱型造波生成二阶斯托克斯波方法，其特征在于，冲箱的能力约束着波浪的生成和波浪的质量，冲箱造波生成二阶斯托克斯波的总约束条件公式为：3.如权利要求2所述的一种冲箱型造波生成二阶斯托克斯波方法，其特征在于，其中，冲箱运动不超过水槽底部，具体表达式为：s<d-d
s
ꢀꢀꢀꢀ
(12)当冲箱浸入深度从初始值增加到最大值时，会产生1/2周期的波体积，具体表达式为：为了得到第一个约束条件，求解公式(12)和公式(13)，则得到如下表达式：4.如权利要求3所述的一种冲箱型造波生成二阶斯托克斯波方法，其特征在于，当冲箱下降到最低位置时产生一个二阶斯托克斯波体积的一半，具体表达式为：
式(15)中省略了v2，v2与η(x)成正比，当x
c
＝l/2时，η(x)≈0，根据v2计算表达式(4)，v2＝0通过求解公式(12)和公式(15)，则得到第一约束条件公式为：5.如权利要求2所述的一种冲箱型造波生成二阶斯托克斯波方法，其特征在于，其中，楔形冲箱的斜率小于波浪前沿的最小斜率，具体表达式为：k
p
<k
wmin
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(17)式中，k
p
为楔形冲箱的斜率，k
wmin
为浪前沿的最小斜率；其中，公式(17)中楔形冲箱斜率k
p
计算如下反之，冲箱会盖住已产生的波浪，影响波浪的质量。6.如权利要求5所述的一种冲箱型造波生成二阶斯托克斯波方法，其特征在于，波浪前沿的斜率k
w
在公式(17)可以写为冲箱最小斜率位置可以通过公式(19)对x求导通过推导，则得到第二约束条件公式为：7.如权利要求2所述的一种冲箱型造波生成二阶斯托克斯波方法，其特征在于，二阶斯托克斯波在一个周期内的体积小于零，水槽中的平均水位就会下降，为了平衡下降的水位，冲箱需要上升一定量，确保在二阶斯托克斯波扩散到整个水槽时，冲箱不会升出水面，因此，还包括有一个约束条件，其公式为：其中w是水槽长度，代入表达式，推导得到第三约束条件。8.如权利要求2所述的一种冲箱型造波生成二阶斯托克斯波方法，其特征在于，根据各种波浪理论的限制条件，二阶斯托克斯波的第三约束条件公式为：
9.一种冲箱型造波系统，其特征在于，该系统适用于任意一项权利要求1-8所述的一种冲箱型造波生成二阶斯托克斯波方法。10.如权利要求9所述的一种冲箱型造波系统，其特征在于，该系统至少包括一组驱动系统、与驱动系统相连接的冲箱和用于反馈和控制信号的控制系统。

技术总结
本发明涉及一种冲箱型造波生成二阶斯托克斯波方法及造波系统,更适合于深水波浪的生成，同时也更加节省造波机占用的水平空间。该方法基于高阶造波理论，传统造波理论由于水面和造波板表面的非线性产生的自由波，自由波的传播速度与约束波的传播速度不同，进而干扰了约束波的传播，导致波浪传播过程中发生了变化，而采用主动补偿造波理论可以通过控制冲箱的位移来消除自由波对约束波的影响。的位移来消除自由波对约束波的影响。


技术研发人员：金瑞佳 贺铭 刘鸣洋 耿宝磊 朱颖涛 齐作达 亢戈霖 胡传琦 熊岩 赵旭
受保护的技术使用者：天津大学
技术研发日：2022.08.18
技术公布日：2022/11/15