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仿真海洋何以兴风作浪?

作者:佚名 2008-12-26 来源:科技日报 点击:
    ■新闻缘起      
  11月18日,上海交通大学在2008国际深海技术研讨会上宣布:中国首座海洋深水试验池———上海交通大学海洋工程国家重点实验室海洋深水试验池投入试运行,其规模、功能和装备水平居世界前列。
  该试验池长50米、宽40米、最大工作水深10米,并有一个直径5米、深40米的中央深井,具备模拟风、浪、流及各种复杂海洋环境的技术能力,可满足海上平台建设、深海资源开发等海洋工程领域的模拟试验需要。   
  据介绍,深水试验池是发展深海工程技术不可或缺的大型核心科研设施,该试验池的建成也标志着中国成为世界具备海洋工程深水综合试验研究能力的三个国家之一。(据新华网) 
  11月18日,国内首座海洋深水试验池在上海交通大学的海洋工程国家重点实验室投入试运行,并由于人工生成各种风浪、海流的本领而被媒体誉为“仿真海洋”。不过,制造如此“风生水起”效果的机关究竟何在?又是怎么兴风作浪的?  
  ———“仿真海洋”———  
  提起“仿真海洋”,或许很多人会首先联想到水族馆里布满珊瑚和海藻、饲养着色彩斑斓鱼类的海水展池。不过,在上海交通大学闵行校区的海洋工程国家重点实验室,刚落成的海洋深水试验池里可没有任何海洋生物能供观赏,只有各种工程模型做“临时住户”,“仿真”的则是海洋中的各种大风、波涛和水下洋流。
  作为一项室内工程,深水试验池体量惊人。“水立方”的北京奥运会主泳池长50米,宽25米,水深3米,而深水试验池的两条边分别有50米和40米长,主体部分最深10米,最大容积几乎是奥运会主泳池的6倍。  
  ———种种疑问———深水试验池机关何在?  
  深水试验池之所以说“最大”,是因为钢制池底是可以整体升降的,用以调出各种试验所需的不同水深,也便于安装、检修各种实验设备。不过,起吊2000平方米的钢制池底,对吊车也是个不小的负担吧?  
  “池底升降不需要吊车,而是靠浮力作用。”实验室主任李润培教授介绍说,试验池的整个池底其实并不是一块钢板,而是由多个比水清的空心浮箱组成。上浮时只需将抱紧装置放开,下降则是通过电机拉动浮箱底部的6根拉杆,到了所需位置就启动抱紧装置将池底固定住。整套机械装置和浮力设计,都是经过精心计算、设计和施工而成的。  
  在水池中央,还有一个直径5米的圆柱形垂直深井,最大工作深度可达40米。如果用1∶100的模型进行试验,最多可模拟4000米的深海环境。深井内壁都是用高强度、高抗渗材料制成,倾斜度被严格控制在千分之一以内,底部也可以上下调节。   
  由于海水腐蚀性较大,密度又不易控制均匀,因此整个“仿真海洋”中都是经过净化的普通自来水。在试验结果分析中,还需要通过换算消除淡水与海水的密度差。   
  一池清水怎样兴风作浪?   
  站在池边,人们或许会为深水试验池的巨大容积而惊叹,然而它毕竟只是一泓池水。造出辽阔海洋中的狂风大作、巨浪汹涌,全靠池内的各种“机关”。  
  32部圆筒状风机,实验时既可安放在池边,也可装在有升降功能的大跨度拖车上,它们的职责是模拟各种方向、高度和强度的海风,甚至能造出飓风的效果。不过,虽说“无风不起浪”,风对海浪的形成功不可没,但水池中的波涛可不是它们“吹”出来的。  
  在试验池的北侧和东侧池壁上,共装有两台多单元造波机,222块造波板各由一台电机独立驱动。运行时,每块板都被造波程序布置了一份“乐谱”,使它们能按照计算机的“指挥棒”随时变化自己的角度、转速,水中生成的各种波浪形态就是它们配合下的“协奏曲”。 
  “海浪的产生并非完全有规律可循,因此我们开发造波程序时也加入了一些随机因子,以尽可能模拟大自然中的不规则波。”试验池造波系统负责人、上海交通大学海洋工程国家重点实验室研究员汪学锋说。 
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