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user: 2. 国内外著名海洋工程深水试验池的发展概况 2.1. 挪威海洋技术研究所Marintek MARINTEK的海洋水池是世界上最大的波浪水池之一。如图2所示，水池宽50 m，长80 m，水池深10 m，是世界上最深的水池之一。它具有L形造波机，可以产生两个垂直方向或组合角度的波浪。横向的造波机是一个液压铰接双摇板操作单元，用于产生长峰规则和不规则波。在规则波的情况下，最大波高接近0.9 m，波浪周期0.8 s，不规则波的最大波高可达0.5 m，波浪周期为0.6 s以上。纵向的电动铰接单摇板造波机，由144个单独控制的波板组成，这些单元可以在能量分布的广泛范围内产生短峰波。可产生频率为1.67 Hz的不规则波，根据波峰周期，其有效波高约0.20 m。这两个造波机可以同时操作，以产生多种组合的波。在造波机对岸设有消波滩作为消波系统。在造波机对岸设有消波滩作为消波系统 [ 1 ] [ 2 ]。 该水池可用于船舶与海洋平台模型试验，可以模拟风、浪、流各种环境条件，可以用于任何形式的固定式与浮动式海洋结构物的模型试验。10 m的水深可以满足海洋工程向深水领域发展的需要。主要研究项目包括船舶耐波性试验和操纵性试验、固定式平台水动力学性能试验、锚泊系统试验、海洋能源利用试验、浮动式人工岛试验、海洋装御系统试验、海洋生产系统试验，海洋平台营运试验、海洋平台各种系统和管线试验。 图2. Marintek海洋工程水池 2.2. 丹麦水力研究所DHI DHI的近海波浪水池是一个大型的试验设施，如图3所示，该水池宽30 m，长20 m，总水深3 m，中心深井深12 m。具有60个波板的造波机可以产生真实的三维波、规则的和不规则的长峰波，也可产生随机或确定的不规则波。除了安装有传统的造波系统，还有稳定的造流系统和造风系统，造波机对岸设有消波滩 [ 3 ]。 该浅水多向波水池配备了具有独特的造波和消波功能的三维造波机，可用于复杂的海岸工程建模。浅水水池主要用于进行水与结构相互作用(如防波堤和堤防)、水与环境相互作用(如分散过程)和水与沉积物相互作用(沿海结构周围的冲刷过程)的实验研究，并重点研究系泊浮式结构和深水固定结构。 2.3. 英国爱丁堡大学FloWave FloWave的核心是一个30 m的圆形混凝土水槽，其中包含直径25米的水池。如图4所示，这个5 m深的水槽包含240万升淡水，分为上下两部分，中间有1 m厚的可移动底板。2 m深的上部水槽被168个力反馈主动消波式造波机环绕，而下部包含28个流动驱动单元，它们可以同时且独立地以任意方向驱动流过上部测试体的水流，最大水流速度为1.6 m/s。 造波系统的初步校准是通过在多个方向上产生长峰规则波来完成的。通过将破碎波聚焦到水槽中心形成一个上冲射流，可以对水槽的造波质量进行最终的检查。上冲射流的形成是一个高度非线性的现象，它会导致极高的冲速，是近岸波的速度的20倍以上，且在测试中的射流高度可达到水面以上10 m。在试验开始前，如果水槽的表面静止，则上冲水柱和入射波峰都表现出几乎完美的弧度，直到射流开始碎片化为止，这说明造波过程得到了很好的控制，并且造波质量极高 [ 4 ]。 图3. DHI近海水池 图4. FloWave环形水槽 环形水槽的优点是，由于水槽是圆形的，因此无方向性，其内的波和流可以以任意组合方式作用，也可以以任意相对方向作用于直径为25 m，深度为2 m的上部水槽。FloWave是一个新的世界级大型环形水槽，它标志着世界一流的海洋能源设备测试设施的启动。FloWave可能比其他许多设施都要昂贵，但是可以实现的测试强度要远远大于大多数其他设施。 2.4. 荷兰水力研究院Delft 海洋工程水池宽50 m，长50 m，如图5所示，它是一个多向波水池，配有2台活塞式造波机，彼此成直角放置(L形)。波板段数量为180 (100 + 80)个，造波的长度是66.4 m，可在−85˚到+85˚之间任意方向传播，该造波机能够根据两种已知的频率方向分布同时产生不规则(随机)的长峰波和短峰波，最大规则波高度Hmax = 0.45 m，最大有效波高Hm0 = 0.25 m，波的频率范围在0.2 Hz~2.5 Hz之间。两台造波机均配有三维主动消波系统，有效地消除了波板对波的二次反射。另外，随机二阶波的波板控制也可以用来补偿杂散波 [ 5 ]。 三维波浪对结构的影响是巨大的。由于该水池面积大，且有2个多向造波机，可以产生波、流的任意组合，研究与此相关的实验是十分合适的。该水池用于沿海和近海相关项目，例如：防波堤(三维稳定性、防波堤圆头码头)、码头桩基和甲板上波浪压力和波浪力、护岸、波浪气候研究、波浪搅动进港、系泊船舶研究等等，在所有这些研究中，装备稳定性、水力性能、波浪冲击载荷以及为设计目的确定相关水力条件等方面都是最重要的。 图5. Delft海洋工程水池 2.5. 荷兰海事研究中心Marin 1) 海洋工程水池 水池由水池主体和一个深井组成，水池长45 m，宽36 m，最大工作水深10.5 m，深井工作水深30 m，直径5 m。水池相邻两边安装有分段式摇板式造波机，板宽0.4 m，沿纵向有112个波板，横向有90个波板，每个波板有独立控制的驱动电机，可制造短峰波等，有义波高可达0.3 m。造波机对岸设有消波滩，并采用全三维主动消波系统。水池装备有光学6自由运动测量系统等先进的测量设备。可调节底板可进行浅水或深水测试，30 m深的深井可进行超深水测试，如图6所示 [ 1 ] [ 2 ]。 MARIN海洋工程水池是现代海洋工程水池的典型代表，该水池装备有各种大型仪器设备，可以模拟各种复杂的海洋环境，开展各种深海海洋工程结构物的模型试验研究工作。该水池是于2000年为了试验欧洲北海油田的深入开发建设的，自上世纪末以来，荷兰海事研究中心(Marin)为欧洲油田的开发和深海域的勘探开采发挥了积极作用，近几年取得了显著的技术与经济效益。 图6. Marin海洋工程水池 2) 船舶耐波性和操纵水池 该耐波性和操纵性水池是可以在任意方向的波浪中进行高速操纵船舶，如图7所示。该水池长170 m，宽40 m，深5 m [ 1 ]，沿水池的相邻两侧设置分段式电驱动湿背式造波机，沿纵向一侧有269个波板，横向有62个波板，波板宽0.6 m，铰链深1.6 m，在峰值周期为2 s时，波高可达0.45 m。可以在任意方向产生规则波、不规则长峰和短峰波。在水池两侧的每一波段上设置浪高仪，用于三维主动消波系统。在造波机的对面，安装了被动消波系统。 主要做以下研究：任意方向的风浪中的耐波性试验；在平静的水面和波浪中进行阻力和自推进试验；利用约束模型对静水和波浪中的振荡(PMM)和旋臂进行试验，以确定水动力系数；在平静的水域或波浪中进行系泊或自由航行操纵试验；近海工程和海上运输试验；在系泊或固定物体上进行试验，以确定风浪引起的运动和载荷。 图7. 船舶耐波性和操纵水池 2.6. 中国船舶重工集团公司第702研究所SCCRC 耐波性水池长69 m，宽46 m，深4 m，如图8所示，沿水池的相邻长短边安装188段分段式电驱动湿背式造波机，沿纵向有116个波板，横向有72个波板，波板宽0.5 m，铰链深1.6 m，按1:50缩尺，可以在任意方向产生规则波、不规则长峰和短峰波，包括百年一遇、最大波高为30 m的恶劣海况，可产生的规则波的最大波高0.5 m，波的周期为0.55 s；不规则波的最大有效波高0.4 m。采用被动消波，在造波机的两侧安装7 m长的抛物弧形水泥格栅。采用6自由度光学测量系统 [ 5 ]。 主要应用于船舶运动响应及耐波性事件测试、船舶波浪增阻测试、波浪载荷试验、波浪砰击载荷测试、甲板上浪及上浪冲击载荷测试、船舶耐波性理论预报与评估、海洋结构物运动性能测试(包括平台运动、上浪、砰击、气隙、爬高等)、波浪载荷测试等。 图8. SCCRC耐波性水池实验室 2.7. 中国上海交通大学海洋深水池 深水池长50 m，宽40 m，深10 m，中心深井深40 m，直径5 m，如图9所示，水池可模拟4000 m水深的深海环境，造波系统采用L形多段式摇板式造波机，共由222块单元摇板组成，其中，长边有122块摇板，短边有100块摇板，每块摇板宽0.4 m，相邻摇板之间有4 mm的间隙，铰链在水线下高度为1.2 m，各摇板由各自的伺服电机驱动，可模拟规则波、长峰不规则波和三维短峰波，水池中央设有电容式浪高仪采集数据，波高可通过造波系统的冲程进行调解以达到目标值要求。消波系统包括主动消波系统、造波机对岸的消波滩及侧壁消波系统等 [ 6 ]。 该深水池具备再现大范围飓风、三维不规则波、各种奇异波浪、典型垂向流速剖面深水流等深海复杂环境的能力；具备模拟船舶及海洋工程结构物在深海环境中出现的各种力学特性和工程现象的能力；具备测量分析试验对象在深海环境条件作用下载荷、运动、结构动力响应等能力。 图9. 上海交通大学海洋水池