قياسات الموجات في خزان موجه رياح تحت إجبار الرياح مطرد واختلاف الوقت

الهدف العام من هذا الإجراء التجريبي هو تمكين تراكم المعلمات الإحصائية المتنوعة والموثوقة التي تميز التطور المكاني والزماني لموجات المياه قيد الدراسة وتأثير الرياح المعتمد على الوقت. يمكن لهذه الطريقة توضيح الآلية التي تحكم إثارة موجات الماء عن طريق الرياح. هذه الآليات غير مفهومة بعد.

النمذجة المناسبة لمدخلات الرياح ضرورية للتنبؤ بمناخ الأمواج. الميزة الرئيسية لهذه التقنية هي أنها مؤتمتة بالكامل ويتم التحكم فيها بواسطة الكمبيوتر. يمكن تعديل الإجراء التجريبي بسهولة لدراسة مجموعة متنوعة من العمليات وتوليد موجات الرياح.

تجري التجارب في هذا المرفق ، والذي يتكون من نفق رياح مغلق الحلقة فوق خزان موجة. هذا رسم تخطيطي للمنشأة وبعض ميزاتها. يشار إلى اتجاه تدفق الهواء بواسطة الأسهم.

يبلغ طول الخزان خمسة أمتار وطوله 1/2 متر وعرضه 4/10 متر. الجدران والأرضية الجانبية للخزان مصنوعة من الزجاج مدعوم بإطار من الألومنيوم. يوجد مولد رفرف وموجة في أحد طرفي الخزان.

اللوحة على توسيع المقطع العرضي لتدفق الهواء بسلاسة عند دخولها منطقة الاختبار وتعمل كمرجع لقياسات المسافة. يوجد ممتص طاقة الموجة في الطرف الآخر من الخزان. يتكون هذا من مواد تعبئة مسامية تستخدم لتشكيل الشاطئ.

توجد عربة متحركة فوق الخزان لحمل الأدوات. بالنسبة للتجربة ، املأ الخزان حتى عمق 20 سم وقم بدقة العربة يدويا حتى تكون الأدوات في الجلب المطلوب. بعد ذلك ، قم بإعداد بعض الأدوات للتجربة.

احصل على أنبوب Pitot يمكنه الوصول إلى مركز تدفق الهواء. بالإضافة إلى ذلك ، لديك مقياس موجة مثبت على مرحلة رأسية يتم التحكم فيها بواسطة الكمبيوتر. استخدم العربة لتركيب أنبوب Pitot في وسط تدفق الهواء في قسم الاختبار.

ثم قم بتركيب مقياس الموجة على العربة. بعد ذلك ، اعمل مع جزء مقاييس منحدر الليزر. تتكون هذه من صمام ثنائي ليزر وعدسة فريسنل وشاشة منتشرة وكاشف استشعار دقيق.

قم بمحاذاة الصمام الثنائي الليزري عند الجلب المطلوب أسفل خزان المياه. قم بتوجيه الشعاع عموديا لأعلى. يجب أن يكون الشعاع على بعد حوالي سبعة سنتيمترات من مقياس الموجة.

بعد وضع عدسة Fresnel والشاشة المنتشرة ، استخدم مستوى للتحقق من المحاذاة الأفقية والرأسية للعدسة والشاشة قبل المتابعة. اضبط إعداد العدسة على المسافة الفعلية بين العدسة والشاشة. لمعايرة مقياس الموجة ، اضبط الدقة الرأسية للمستشعر.

يجب أن يكون متوسط مستوى الماء تقريبا في منتصف طول سلك الاستشعار. اضبط سرعة المنفاخ على أحد المستويات المرغوبة واترك الرياح تهب بثبات لمدة دقيقتين إلى ثلاث دقائق. عندما تهب الرياح ، راقب إشارة مقياس الموجة على راسم الذبذبات.

اضبط الحساسية والكسب والإزاحة يدويا للتأكد من أن قيم الجهد المقابلة لأعلى قمة وأدنى حوض في نطاق محول AD. عند الانتهاء ، أغلق المنفاخ وانتظر حتى يتم إزعاج سطح الماء. كرر خطوات المعايرة لكل موقع قياس وسرعة الرياح القصوى المتوقعة في التشغيل التجريبي.

الآن ، قم بمعايرة مقياس منحدر الليزر. لهذا ، استخدم منشور إسفين بصري على دعامة شفافة. اعرض إخراج كاشف الاستشعار الدقيق على راسم الذبذبات للتحقق من المعايرة.

استخدم مناشير مختلفة لتكرار ذلك لعدة زوايا انحراف. مرة أخرى ، استخدم المنشور لتشتيت شعاع الليزر العمودي. في هذه الحالة ، قم بتحويل الشعاع إلى موضع شعاعي على الشاشة المنتشرة.

افعل ذلك باستخدام عدة مناشير مع الحفاظ على زاوية سمت ثابتة. لكل موضع ، سجل إخراج كاشف الاستشعار الدقيق على راسم الذبذبات. عند الانتهاء ، اجمع البيانات عن طريق تحريك بقعة الليزر إلى مواضع متعددة في الاتجاه X مع الحفاظ على ثبات الإحداثيات Y.

كرر نفس الخطوات لتحريك الموضع Y والحفاظ على ثبات الإحداثيات X. إعداد نظام الحصول على البيانات لتسجيل الكميات المطلوبة. لبدء التجربة ، تأكد من عدم وجود رياح.

يجب أن يكون سطح الماء أملسا وغير مضطرب. قم بتنشيط المنفاخ وابدأ الحصول على البيانات في نفس الوقت. في هذه التجربة ، قم بتطبيق تأثير ثابت لمدة 200 ثانية.

بمرور الوقت ، سيحقق النظام حالة مستقرة. استخدم راسم الذبذبات لعرض البيانات أثناء جمعها. هذا مثال على بيانات المنحدر السطحي.

اتجاه الريح على اليسار ، والرياح المتقاطعة على اليمين. في الختام ، أغلق المنفاخ واستمر في جمع البيانات لتسجيل مجال الموجة المتحلل. اترك وقتا كافيا للماء للعودة إلى حالته السليمة قبل المتابعة.

في كل إدراك ، يمكن تحديد ثلاث مراحل متميزة. نمو الموجة الأولي مع بداية المنفاخ. مجال موجة الرياح شبه الثابت تحت تأثير الرياح المستمر ، واضمحلال الأمواج بعد إغلاق المنفاخ.

تسجيل العديد من الإدراكات المستقلة لمجال الأمواج تحت تأثير الرياح المندفعة. ويوفر متوسط العينة النتائج كدالة للوقت بالنسبة للحظة بدء المنفاخ. فيما يلي بيانات قيم RMS لارتفاع السطح اللحظي كدالة للوقت.

تم أخذ البيانات على بعد 120 سم من السديلة ولثلاث سرعات رياح مختلفة. يزداد سعة الموجة المميزة شبه المستقرة للتوازن مع سرعة الرياح. لاحظ أن الوقت اللازم للحصول على قيمة الحالة شبه المستقرة لا يبدو أنه يعتمد على السرعة.

تظهر بيانات قيم الجلب المختلفة ونفس سرعات الرياح الثلاث سلوكا متشابها. هذه المؤامرات مخصصة للارتفاعات السطحية الفورية. 220 سم من الرفرف ، و 340 سم من السديلة.

استخدم نفس البيانات لاستكشاف اتساع الموجة المميزة للحصول على قيمة مستهدفة ثابتة لسرعة الرياح. هذا المخطط ، ل 6.5 متر في الثانية ، يمثل ويبين قيم التوازن لقيم RMS لارتفاع السطح يزداد مع الجلب. توفر التجربة أيضا قياسات لمكونات RMS في اتجاه الريح والرياح المتقاطعة للمنحدر السطحي.

هذه البيانات لقيمتين من الجلب ، 120 سم و 340 سم. لسرعة الرياح المستهدفة 6.5 متر في الثانية ، وكذلك لسرعة الرياح المستهدفة البالغة 10.5 متر في الثانية. قم بإيقاف تشغيل المنفاخ وسعة الموجة المميزة مع مكونات منحدر السطح على مدى دقيقة واحدة تقريبا بغض النظر عن الجلب.

بمجرد إتقانها ، يستغرق تحقيق واحد باستخدام هذا الإجراء حوالي ثماني دقائق. يتطلب تراكم 100 إدراك حوالي 13 ساعة من التجربة المستمرة لسرعة هدف الرياح الواحدة والجلب الثابت. أثناء محاولة هذا الإجراء ، من المهم أن تتذكر أن الماء يتبخر ويجب تجديده من وقت لآخر.

بعد تطويرها ، مهدت هذه التقنية الطريق للتحقيق الكمي لموجات المياه وتأثير الرياح الثابتة. بعد مشاهدة الفيديو ، يجب أن يكون لديك فهم جيد لكيفية الحصول على النتائج الكمية في حقول موجات الرياح غير المستقرة وغير المتجانسة.