Name: Mesures des ondes dans un réservoir de vent-vagues sous vent régulier et instationnaire forçant (Vidéo) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-02-13T13:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 54 s
Description: Découvrez une procédure expérimentale entièrement automatisée pour étudier l'évolution des vagues d'eau sous l'effet du vent régulier et instationnaire. Cette méthode permet d'obtenir des paramètres statistiques fiables pour la prévision du climat des vagues.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Ce travail a été soutenu par le FNS Israël, subvention # 306/15.

1. préparation du système
<ol><li>Remplissez le réservoir avec de l’eau jusqu'à une profondeur de 20 cm environ pour satisfaire à la condition en eau profonde ; nettoyer la surface de tous les contaminants qui peuvent affecter la tension superficielle de l’eau.</li>
	<li>Positionnez le transport de l’instrument à l’extraction désirée.<ol>
<li>Montez le tube de Pitot et placez-la au centre de la partie de flux d’air de la section d’essai.</li>
		<li>Monter la jauge de vague sur une scène verticale contrôlé par ordinateur pour permettre son calibrage statique.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Position de l’Assemblée LSG à l’extraction souhaitée, à la distance latérale d’environ 7 cm de la jauge de vague pour éliminer le brouillage de la vague de calibre Assemblée de trajet optique. Remarque : L’utilisation d’un rideau opaque est recommandée pour prévenir l’exposition du PSD à la lumière ambiante, mais aussi à protéger l’environnement contre les reflets parasites du faisceau laser.<ol>
<li>Aligner le laser placé au-dessous du réservoir d’eau de sorte que le faisceau est dirigé verticalement et focaliser le faisceau.</li>
		<li>Position de la lentille de fresnel dans sa partie la plus haute possible au-dessus de la surface de l’eau pour minimiser la perturbation de la lentille du débit d’air.</li>
		<li>Veillez à ce que le faisceau laser dévié frappe la lentille dans sa partie centrale, dans les conditions de vent extrêmes prévues dans la session expérimentale.</li>
		<li>Monter l’écran diffusive exactement dans le plan focal de la lentille, puis vérifier l’alignement horizontal et vertical de la lentille et l’écran.</li>
		<li>Assurez-vous que les deux faisceaux laser vertical parallèle frapper l’écran diffusive exactement au centre lorsque la surface de l’eau est encore. Remarque : Cela peut être testé à l’aide de deux lasers identiques placés à une certaine distance les uns des autres.</li>
		<li>Positionner le PSD en s’assurant que toute la zone de l’écran par diffusion relève de la surface utile du détecteur. Effectuer la mise au point de l’objectif PSD en ajustant les paramètres de la lentille à la distance entre la lentille et l’écran.</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. étalonnage et le fonctionnement des capteurs
<ol><li>
Calibrage de la jauge de vague
	<ol>
<li>Procéder au calage du calibre vague pour chaque emplacement de mesure et chaque vitesse de vent maximale devrait à terme expérimental.<ol>
<li>Définir la position verticale du capteur pour que le niveau d’eau moyen est approximativement au milieu de la longueur des fils la télédétection.</li>
			<li>A la valeur désirée de la vitesse du ventilateur et laisser le vent souffler régulièrement pendant une période suffisamment longue (2-3 min).</li>
			<li>À l’aide d’un oscilloscope, régler manuellement la sensibilité, gain et décalage de la jauge de vague à l’aide de l’unité conditionneur pour s’assurer que les valeurs de tension correspondant à la plus haute crête et le creux le plus bas prévu dans le domaine de l’onde sont dans le secteur de l’A/D convertisseur (+/-10 V).</li>
			<li>Arrêtez le ventilateur pendant quelques minutes, jusqu'à ce que la surface devienne complètement intacte.</li>
			<li>Vérifier que la longueur immergée relève de crête maximale attendue et valeurs creux en déplaçant la vague jauge verticalement.</li>
			<li>Procéder au calage automatique de la jauge de vague avec une routine sur mesure dans les eaux stagnantes submergeant la jauge à plusieurs profondeurs spécifiés et enregistrement de la tension moyenne de sortie pendant 5 s pour chaque profondeur.</li>
			<li>Monter un étalonnage quadratique polynomial aux données enregistrées pour obtenir la dépendance H(V), où H est la profondeur d’immersion (correspondant à l’élévation de surface instantanée), en fonction de la tension de sortie de calibre V.</li>
			<li>Vérifier visuellement la qualité de l’étalonnage équipée polynomiale (Figure 3).</li>
		</ol>
</li>
	</ol>
</li>
</ol><img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56480/56480fig3.jpg"> Figure 3. Courbe d’étalonnage de la jauge de la vague. <a href="http://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/56480/56480fig3large.jpg" target="_blank">S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.</a>
<ol start="2"><li>
Étalonnage et le réglage de LSG
	<ol>
<li>Vérifier les performances de la LSG après chaque déplacement de l’ensemble du capteur.<ol>
<li>À l’aide d’un prisme optique placé sur une feuille de verre horizontal, dévier le faisceau laser par rapport à l’axe optique simulant une pente de surface eau connue.</li>
			<li>Exemple le PSD sorties du faisceau laser dévié à l’écran par diffusion à l’aide d’un oscilloscope ou un programme d’acquisition de données sur mesure.</li>
			<li>Calculer l’angle de déflexion du faisceau et la pente de la coordonnée spot du faisceau laser coordonnées mesurées ; Comparez le résultat avec l’angle du coin connu.</li>
			<li>Répétez l’opération pour plusieurs angles de déflexion à l’aide d’un ou plusieurs prismes. Remarque : Les prismes Wedge avec des angles de débattement allant de 2,5 ° à 17,5 ° ont été utilisées ; Si le test échoue en raison d’un mauvais alignement du PSD à l’écran par diffusion, régler manuellement, le PSD pour corriger les défauts d’alignement. Cette procédure est effectuée manuellement à l’aide d’un niveau et un positionnement horizontal 2D et est très chronophage.</li>
		</ol>
</li>
		<li>
Vérification de la linéarité de la procédure d’étalonnage et le PSD
		<ol>
<li>Placer une grille équidistants qui a été imprimée sur une feuille transparente à l’écran par diffusion et orientez-la afin que ses axes, de x et y, sont alignés avec le duvet et les directions du vent, respectivement (Figure 4). Remarque : La grille facilite diriger le rayon laser vers les emplacements souhaités sur l’écran de diffusion commodément et avec précision à l’aide d’un ensemble de prismes ou déplaçant le laser sous l’écran par diffusion dans les directions le long du vent et le vent de travers.</li>
			<li>À l’aide de l’ensemble des prismes, dévier le faisceau laser vertical pour obtenir des postes multiples radiales du faisceau laser spot sur l’écran de diffusion tout en conservant le même angle azimutal. NOTE : Résolution de 1 cm et d’un rayon maximal de 7 cm sont utilisées pour chacun des 9 angles azimutaux.</li>
			<li>Passer le faisceau laser à postes multiples dans le x-direction, tout en gardant les y coordonner constante, puis changer la direction du mouvement à yet garder x constant. NOTE : Plage et résolution utilisés sont similaires à celles de la section précédente.</li>
			<li>Recueillir environ 50 points sur la grille pour chaque étalonnage. Remarque : Les coordonnées spot du faisceau laser sont acquises par le PSD et évaluées à l’aide d’un oscilloscope à deux canaux standard connecté au PSD.<ol>
<li>Pour chaque direction, utilisation linéaire ajustement des données pour obtenir les coefficients d’étalonnage pour convertir les coordonnées du faisceau laser sur le capteur PSD en coordonnées correspondantes à l’écran par diffusion. Remarque : Un exemple de l’étalonnage de la PSD est tracé à la Figure 5 pour un ensemble de points pris le long de l’axe central de la section de l’essai. La réponse du capteur et donc les coefficients d’étalonnage, est presque identique dans tous les sens lorsque les axes de l’écran de diffusion et le capteur sont alignés correctement. La grille facilite la procédure d’étalonnage, ce qui permet une détermination facile des laser pente coordonnées sur l’écran de diffusion.</li>
			</ol>
</li>
		</ol>
</li>
	</ol>
</li>
</ol><img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56480/56480fig4.jpg"> Figure 4. La grille écran diffusive. La grille permet de diriger le faisceau laser à l’emplacement désiré sur l’écran de diffusion facilement et avec précision, soit en utilisant un ensemble de prismes ou déplaçant le laser sous l’écran par diffusion dans le long-vent et directions de vent de travers <a href="http://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/56480/56480fig4large.jpg" target="_blank">s’il vous plaît cliquez ici pour obtenir une version agrandie de cette figure.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56480/56480fig5.jpg"> Figure 5. Courbe d’étalonnage PSD. La figure montre que la traduction du PSD sortie tensions aux coordonnées donne des résultats adéquats. <a href="http://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/56480/56480fig5large.jpg" target="_blank">S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.</a>
3. marche à suivre et Acquisition de données
Remarque : Voir figure1 supplémentaire pour l’interface utilisateur utilisée dans les étapes suivantes.
<ol><li>Régler la fréquence de ventilateur à l’aide d’une interface de programme sur mesure. Remarque : Une augmentation presque progressive de la vitesse du vent sur la surface de l’eau initialement non perturbée a été appliquée, suivie d’un débit d’air constant pour une durée prescrite (120 s), et un presque impulsif arrêt du ventilateur.</li>
	<li>Déterminer le nombre de débits différents vent constant et les paramètres requis du ventilateur.</li>
	<li>Ajustez les paramètres de capteur de pression à la gamme attendue des variations de pression dynamique détecté par le tube de Pitot.</li>
	<li>Assurez-vous qu’au début de chaque réalisation, il n’y a pas de vent et de la surface de l’eau est intacte (miroir lisse). Démarrer en mode synchrone d’acquisition de données avec le fonctionnement du ventilateur.</li>
	<li>Enregistrer l’élévation instantanée de la surface, les composantes de la pente de la surface dans le long-des directions de vent de travers, le Pitot tube sortie contrôle la vitesse du vent moyenne Uet taux de la variation de tension entre le contrôleur de ventilateur à l’échantillonnage prescrit () 300 Hz/canal ont été utilisées). Remarque : La tension de vague-jauge acquise par le programme est convertie automatiquement en élévation de la surface à l’aide des coefficients d’étalonnage de l’ajustement présentée à la Figure 3.</li>
	<li>Continuer l’échantillonnage pendant un temps suffisant enregistrer le terrain vague en décomposition après l’arrêt du ventilateur.</li>
	<li>À la fin de l’échantillonnage, assurez-vous que la procédure expérimentale automatique permet pendant un temps suffisant (selon le système) pour mettre la surface de l’eau non perturbé état avant le début de la prochaine exécution de.</li>
	<li>Enregistrer toutes les données enregistrées dans le traitement subséquent.</li>
	<li>Effectuer le nombre de réalisations (habituellement 100 essais indépendants ont été jugées suffisantes).</li>
	<li>Paramètres de calcul de moyennes sur l’ensemble des données enregistrées en fonction du temps écoulé depuis l’ouverture du ventilateur.</li>
	<li>Répétez l’ensemble de la procédure pour réglage du ventilateur correspond à la vitesse du vent cible sélectionné dans la section de l’essai suivant.</li>
</ol>

<ol><li>Sir William Thomson, F. R. S. <a target="_blank" href="http://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/14786447108640585">Hydrokinetic solutions and observations.</a> Philosophical Magazine. 42, 362-377 (1871).</li>
<li>Jeffreys, H. <a target="_blank" href="https://www.jstor.org/stable/94241">On the formation of water waves by wind.</a> Proc. Roy. Soc. London Ser. A. 107, 189-206 (1925).</li>
<li>Miles, J. W. <a target="_blank" href="https://www.cambridge.org/core/journals/journal-of-fluid-mechanics/article/on-the-generation-of-surface-waves-by-shear-flows/40B503619B6D4571BEF3D31CB8925084">On the generation of surface waves by shear flows.</a> J. Fluid Mech. 3 (2), 185-204 (1957).</li>
<li>Phillips, O. M. <a target="_blank" href="https://www.cambridge.org/core/journals/journal-of-fluid-mechanics/article/on-the-generation-of-waves-by-turbulent-wind/CB23DA6C399125ADB83A6625380420CB">On the generation of waves by turbulent wind.</a> J. Fluid Mech. 2 (5), 417-445 (1957).</li>
<li>Plate, E. J., Chang, P. C., Hidy, G. M. <a target="_blank" href="https://www.cambridge.org/core/journals/journal-of-fluid-mechanics/article/div-classtitleexperiments-on-the-generation-of-small-water-waves-by-winddiv/EE5FAFE7A9418E9B9DF575C371CAA6C5">Experiments on the generation of small water waves by wind.</a> J. Fluid Mech. 35 (4), 625-656 (1969).</li>
<li>Mitsuyasu, H. On the growth of the spectrum of wind-generated waves I. Rep. Res. Inst. Appl. Mech., Kyushu Univ. 16 (55), 459-482 (1968).</li>
<li>Toba, Y. <a target="_blank" href="https://link.springer.com/article/10.1007/BF02109772">Local balance in the air-sea boundary processes, I. On the growth process of wind waves.</a> J. Oceanog. Soc. Japan. 28, 109-120 (1972).</li>
<li>Toba, Y. <a target="_blank" href="https://www.jstage.jst.go.jp/article/kaiyou1942/29/5/29_5_209/_pdf">Local balance in the air-sea boundary processes. III. On the spectrum of wind waves.</a> J. Oceanogr. Soc. Japan. 29, 209-220 (1973).</li>
<li>Hara, T., Bock, E. J., Donelan, M. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/96JC03229/abstract">Frequency-wavenumber spectrum of wind-generated gravity-capillary waves.</a> J. Geoph. Res. 102, 1061-1072 (1997).</li>
<li>Caulliez, G., Guérin, C. -A. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2011JC007854/abstract">Higher-order statistical analysis of short wind wave fields.</a> J. Geophys. Res. 117, C06002(2012).</li>
<li>Mitsuyasu, H., Rikiishi, K. <a target="_blank" href="https://www.cambridge.org/core/journals/journal-of-fluid-mechanics/article/the-growth-of-duration-limited-wind-waves/59F68A55112A71E9D0185C5F56AA4707">The growth of duration-limited wind waves.</a> J. Fluid Mech. 85, 705-730 (1978).</li>
<li>Kawai, S. <a target="_blank" href="https://www.cambridge.org/core/journals/journal-of-fluid-mechanics/article/generation-of-initial-wavelets-by-instability-of-a-coupled-shear-flow-and-their-evolution-to-wind-waves/E5E973444C0FFA664425786EF73E4DCE">Generation of initial wavelets by instability of a coupled shear flow and their evolution to wind waves.</a> J. Fluid Mech. 93 (4), 661-703 (1979).</li>
<li>Waseda, T., Toba, Y., Tulin, M. P. <a target="_blank" href="https://link.springer.com/article/10.1023/A:1021287032271">Adjustment of wind waves to sudden changes of wind speed.</a> J. Oceanography. 57, 519-533 (2001).</li>
<li>Uz, B. M., Hara, T., Bock, E. J., Donelan, M. A. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2000JC000643/full">Laboratory observations of gravity-capillary waves under transient wind forcing.</a> J. Geophys. Res.: Oceans. 108 (C2), (2003).</li>
<li>Hwang, P. A., Wang, D. W. <a target="_blank" href="http://journals.ametsoc.org/doi/abs/10.1175/1520-0485(2004)034%3C2316%3AFMODGO%3E2.0.CO%3B2">Field measurements of duration-limited growth of wind-generated ocean surface waves at young stage of development.</a> J. Phys. Oceanogr. 34 (10), 2316-2326 (2004).</li>
<li>Hwang, P. A., García-Nava, H., Ocampo-Torres, F. J. <a target="_blank" href="http://journals.ametsoc.org/doi/abs/10.1175/JPO-D-11-044.1">Observations of wind wave development in mixed seas and unsteady wind forcing.</a> J. Phys. Oceanogr. 41, 2340-2359 (2011).</li>
<li>Liberzon, D., Shemer, L. <a target="_blank" href="http://www.eng.tau.ac.il/research/laboratories/waves/publications/Liberzon_Shemer_JFM_2011.pdf">Experimental study of the initial stages of wind waves' spatial evolution.</a> J. Fluid Mech. 681, 462-498 (2011).</li>
<li>Miles, J. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((On+generation+of+surface+waves+by+shear+flows.+Part+2%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Fluid+Mech%22%5BJournal%5D)">On generation of surface waves by shear flows. Part 2.</a> J. Fluid Mech. 6 (4), 568-582 (1959).</li>
<li>Plant, W. J. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/JC087iC03p01961/abstract">A relationship between wind stress and wave slope.</a> J. Geophys. Res. 87, 1961-1967 (1982).</li>
<li>Zavadsky, A., Shemer, L. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2011JC007790/full">Characterization of turbulent air flow over evolving water-waves in a wind-wave tank.</a> J. Geophys. Res. 117, C00J19(2012).</li>
<li>Zavadsky, A., Liberzon, D., Shemer, L. <a target="_blank" href="http://journals.ametsoc.org/doi/abs/10.1175/JPO-D-12-0103.1">Statistical analysis of the spatial evolution of the stationary wind wave field.</a> J. Phys. Oceanogr. 43, 65-79 (2013).</li>
<li>Zavadsky, A., Benetazzo, A., Shemer, L. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.4973319">On the two-dimensional structure of short gravity waves in a wind wave tank.</a> Phys. Fluids. 29 (1), 016601(2017).</li>
<li>Zavadsky, A., Shemer, L. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.4982897">Investigation of statistical parameters of the evolving wind wave field using Laser Slope Gauge.</a> Phys. Fluids. 29 (5), (2017).</li>
<li>Zavadsky, A., Shemer, L. <a target="_blank" href="https://www.cambridge.org/core/journals/journal-of-fluid-mechanics/article/water-waves-excited-by-nearimpulsive-wind-forcing/A2FD60F37C5B7BE12D2A3A5757BBECAC">Water waves excited by near-impulsive wind forcing.</a> J. Fluid Mech. , (2017).</li>
</ol>

Les auteurs n’ont rien à divulguer.

Le présent protocole expérimental vise la caractérisation quantitative d’un champ d’ondes sous le vent instable forçage qui évolue dans le temps et l’espace. Puisque le vent-vagues sont essentiellement aléatoire et en trois dimensions et donc varient rapidement dans le temps et l’espace, comptes rendus de réalisations individuelles d’un champ de vent-vague croissante sous vent dépendant du temps forçant ne peuvent fournir que des évaluations qualitatives des directeurs paramètres de l’onde. Pour atteindre l’objectif du p...

Depuis l’antiquité, il est bien connu que les vagues sur la surface de l’eau sont excités par le vent. La compréhension actuelle des mécanismes physiques qui régissent ce processus est loin d’être satisfaisante. Nombreuses théories tente de décrire de génération de vent-vagues ont été proposées sur les années1,2,3,4, mais leur validation expérimentale fiable n’est pas encore disponible. Mesures de vent aléatoires-vagues dans l’océan sont extrêmement difficiles en raison des vents imprévisibles qui peuvent varier rapidement dans la direction ainsi que dans l’ampleur. Des expériences en laboratoire ont l’avantage des conditions contrôlables permettant des mesures reproductibles et prolongées.
Sous vent constant forçant dans l’environnement de laboratoire, les vagues de vent évoluent dans l’espace. Premières expériences en laboratoire sur ondes sous forçage constant effectué depuis des décennies sont limitaient à élévation instantanée de la surface des mesures5,6,7,8. Des études plus récentes ont également employé diverses techniques optiques pour mesurer l’angle d’inclinaison de surface eaux instantanés tels que LSG9,10. Ces mesures a permis d’obtenir certains limitée des informations qualitatives sur la structure tridimensionnelle des champs de vent-vagues. Lorsque le vent forçage est instable, comme dans les expériences sur le terrain, complexité supplémentaire est introduite au problème de l’excitation de l’eau des vagues par le vent, puisque les paramètres statistiques du champ vague résultante varient non seulement dans l’espace, mais dans le temps ainsi. Les tentatives faites jusqu'à présent pour décrire les modèles d’évolution de vagues qualitativement et quantitativement sous forçage dépendant du temps étaient seulement partiellement réussi11,12,13,14 , 15 , 16. croissance des ondes en raison de l’action du vent et la contribution relative des différents mécanismes physiques plausibles qui peuvent mener à une excitation restent largement méconnues.
Notre centre expérimental a été conçu dans le but de permettre l’accumulation d’informations statistiques précises et diverses sur la variation des caractéristiques du champ de vent-vagues sous chaque forçage de vent stable ou instable. Deux principaux facteurs ont facilité mener ces études détaillées. Tout d’abord, la taille modeste des résultats dans l’évolution caractéristique relativement courte installation évolue dans le temps et l’espace. Deuxièmement, l’expérience entière est entièrement contrôlé par un ordinateur, permettant ainsi la performance de pistes expérimentales dans des conditions expérimentales différentes automatiquement et pratiquement sans intervention humaine. Ces caractéristiques de l’installation expérimentale sont d’une importance cruciale dans des expériences sur les ondes excités reste par vent impulsif.
La croissance spatiale des vagues de vent sous forçage constant a été étudiée dans notre établissement pour un éventail de vitesses de vent17. Résultats ont été comparés avec les estimations des taux de croissance basées sur la théorie de18 Miles telle que présentée par l’usine19. La comparaison a révélé que les résultats expérimentaux diffèrent notamment les prédictions théoriques. Les paramètres importants supplémentaires ont également étaient d’obtenus en17, comme la baisse de la pression moyenne dans la section d’essai, ainsi que les valeurs absolues et les phases des fluctuations de pression statique caractéristique. La contrainte de cisaillement à l’interface air-eau est essentielle pour la caractérisation de l’élan et l’énergie de transfert entre le vent et les vagues de17,19. Donc, en détail des mesures de la couche limite logarithmique et les fluctuations turbulentes dans le flux d’air au-dessus de l’eau vagues ont été effectués à plusieurs extractions et vent des vitesses20. Les valeurs de la friction vitesse u* à l’interface air-eau identifié dans cette étude ont été utilisées pour obtenir des paramètres adimensionnels statistiques des vent-vagues mesurées dans notre usine21. Ces valeurs ont été comparées avec les paramètres sans dimension correspondants obtenus dans les grandes installations expérimentales et expériences sur le terrain. Il a été démontré précédemment21 qu’avec la bonne échelle, les caractéristiques importantes du champ vent-vagues obtenus dans nos installations à petite échelle ne diffèrent pas significativement les données correspondantes accumulés dans le plus grand laboratoire installations et mesures de la mer ouverte. Ces paramètres incluent la croissance spatiale du représentant si la hauteur et longueur d’onde, la forme de la bande de fréquences de l’élévation de la surface, ainsi que les valeurs des moments statistiques plus élevés.
Les études ultérieures menées dans notre établissement22,23 a montré que les vagues de vent sont essentiellement aléatoire et en trois dimensions. Pour obtenir un meilleur aperçu de la structure 3D des vagues de vent, une tentative a été effectuée pour effectuer des mesures quantitatives de dépendant du temps de l’élévation de la surface l’eau sur une zone d’extension à l’aide de stéréo d’imagerie vidéo22. En raison de la puissance informatique inadéquat disponible à présents et traitement des algorithmes qui ne sont pas encore suffisamment efficaces, ces tentatives se sont avérés être seulement partiellement réussie. Toutefois, il a été démontré que l’utilisation combinée d’un calibre d’onde conventionnelle capacitance et la LSG fournit des renseignements précieux sur la structure spatiale des vagues de vent. L’application simultanée de ces deux instruments permet des mesures indépendantes avec une haute résolution temporelle de l’élévation de surface instantanée et des deux composantes de la pente de la surface instantanée23. Ces mesures permettent l’estimation de la fréquence dominante et longueur d’onde dominante de vagues, ainsi que fournir la structure de l’onde dans la direction perpendiculaire au vent. Un tube de pitot, qui peut être déplacé verticalement par un moteur commandé par ordinateur, complète l’ensemble des capteurs et est utilisé pour les mesures de vitesse du vent.
Toutes ces études clairement qu’aléatoire et la tridimensionnalité de vent vagues entraînent une variabilité significative des paramètres mesurés même pour stabiliser le vent forçage et un seul emplacement de mesure. Ainsi, a prolongé les mesures avec une durée proportionnelle à la fois caractéristique échelles du champ vague mesurées sont nécessaires pour accumuler suffisamment de renseignements permettant d’extraire des quantités statistiques fiables. Pour obtenir de précieuses informations physiques sur les mécanismes qui régissent la variation spatiale du champ vague, il est impératif d’effectuer des mesures à de nombreux endroits et pour des valeurs de la vitesse d’écoulement de vent autant que possible dans la section de l’essai. Pour atteindre cet objectif, il est donc hautement souhaitable d’appliquer une procédure expérimentale automatisée.
Expériences sur les ondes excités en forçant les vent instable va présenter un niveau de complexité supplémentaire. Dans ces études, il est impératif de relier les paramètres mesurés instantanées au niveau instantané de la vitesse du vent. Envisager des expériences sur les ondes excité du reste par un forçage de vent presque impulsif comme un exemple important. Dans ce cas, de nombreuses mesures indépendantes sont nécessaires du champ vent-onde évolue sous l’action du vent qui varie dans le temps suivant le même modèle prescrit24. Les paramètres statistiques significatives, exprimées en fonction du temps écoulé depuis l’ouverture du flux d’air, sont alors calculés en faisant la moyenne des données extraites de l’ensemble cumulé des réalisations indépendantes. Cette entreprise peut impliquer des dizaines et des centaines d’heures d’échantillonnage en continu. La durée totale des sessions expérimentales nécessaires pour accomplir une tâche aussi ambitieuse restitue toute l’approche irréalisable, à moins que l’expérience est entièrement automatisée. Aucune telle procédure expérimentale entièrement informatisé dans les installations de vent-vagues n’a été développé jusqu'à une date récente. C’est parmi les principales raisons de l’absence de données statistiques fiables sur les vagues de vent sous forçage instable.
Étant donné que les installations utilisées pour l’expérience ne sont pas construite de disponible dans le commerce, matériel sur étagère, une brève description de ses pièces principales est fournie ici.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56480/56480fig1.jpg"> Figure 1. Schéma (à ne pas mettre à l’échelle) vue de l’installation expérimentale. 1 - ventilateur ; 2 - apport décantation chambre ; 3 - sortie décantation chambre ; 4 - boîtes de silencieux ; 5 - section test ; avec un 6 - plage ; 7 - échangeur de chaleur ; 8 - nid d’abeille ; 9 - buse ; 10 - wavemaker ; 11 - Rabat ; 12 - transport instrument ; 13 - calibre vague entraînée par un moteur pas à pas ; 14 - tube de Pitot entraîné par un moteur pas à pas. <a href="http://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/56480/56480fig1large.jpg" target="_blank">S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.</a>
L’installation expérimentale se compose d’une soufflerie de boucle fermée montée au-dessus d’une cuve à Houle (une vue schématique est illustrée à la Figure 1). La section test a 5 m de long, largeur 0,4 m et 0,5 m de profondeur. Les parois latérales et le plancher sont faits de plaques de verre d’épaisseur de 6 mm et sont enfermés dans un cadre en profilés d’aluminium. Un lambeau de long 40 cm fournit une expansion en douceur de la section transversale du flux d’air qui sort du gicleur à la surface de l’eau. Absorption d’énergie vague plage fait de matériel d’emballage poreux est située à l’extrémité du réservoir. Un ventilateur commandé par ordinateur permet d’atteindre la vitesse d’écoulement moyenne de l’air dans la section d’essai jusqu'à 15 m/s.
La jauge de 100 mm de longueur onde sur mesure de type capacitance faite de tantale anodisé. fil de 0,3 mm est monté sur une scène verticale actionnée par un moteur d’étape piloté par PC conçu pour l’étalonnage du manomètre vague. Un tube de Pitot d’un diamètre de 3 mm est utilisé pour mesurer la pression dynamique dans la partie centrale d’air de la section de l’essai.
La LSG, mesure la pente de la surface d’eau 2D instantanée, est installé sur un châssis détaché de la section d’essai qui peut être positionnée n’importe où le long du réservoir (Figure 2). LSG se compose de quatre parties principales : une diode laser, une lentille de Fresnel, un écran de diffusion et une Assemblée de détecteur de détection de Position (PSD). La diode laser génère un 650 nm (rouge), 200 mW laser Focus faisceau d’environ 0,5 mm de diamètre. Le diamètre de 26,4 cm lentille de Fresnel avec une longueur focale de 22,86 cm dirige le faisceau laser entrant à l’écran par diffusion de 25 x 25 cm2 , situé dans le plan focal arrière de la lentille.
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56480/56480fig2.jpg"> Figure 2. Vue schématique de la jauge Laser de pente (LSG). 1 - laser diode ; 2 - lentille de Fresnel ; 3 - diffusion écran ; 4 - position capteur détecteur (PSD). <a href="http://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/56480/56480fig2large.jpg" target="_blank">S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.</a>
Ce protocole décrit la procédure qui permet de réaliser des expériences dans lesquelles nombreux paramètres caractérisant les vagues instables ont été mesurées simultanément dans vent dépendant du temps forçant. La procédure peut être réglée à n’importe quelle dépendance souhaitée de la vitesse du vent sur le temps qui peut être atteinte compte tenu des limitations techniques de l’installation expérimentale. Le présent protocole décrit plus précisément les expériences où dans chaque réalisation, vent recommence presque impulsivement eaux calmes au départ. Le vent constant, forçant alors dure assez longtemps que le champ de vent-vagues partout dans la section test atteint l’état quasi-stationnaire. Finalement, le vent est fermé vers le bas, encore une fois presque impulsivement. À tous les stades, plusieurs paramètres de vague sont enregistrées. La procédure qui permet le calcul de nombreuses quantités moyennes d’ensemble statistiquement représentatifs caractérisant le domaine d’instantané d’onde vent local est roman et a été développé dans le cadre des expériences récentes menées dans nos installations 22 , 23 , 24.

<table><tbody><tr><td>PSD</td><td>THORLABS</td><td>PDP90A</td><td></td></tr><tr><td>Diode</td><td></td><td></td> laser <td>n’importe quel pointeur laser &le ; 200 mW</td></tr><tr><td>Lentille de Fresnel</td><td>asphérique EDMUND OPTICS</td><td>#46-390</td><td>Diamètre 10.4'', Distance focale 9''</td></tr> <tr><td>Wave-gauge</td><td></td><td></td><td>sur mesure</td></tr><tr><td>Transducteur de pression</td><td>MAMAC SYSTEMS</td><td>PR-274-R2-VDC</td><td></td></tr><tr><td>Conditionneur</td><td></td><td></td> de signal <td>sur mesure</td></tr><tr><td>Ecran diffusif</td><td>EDMUND OPTICS</td><td>#02-147</td><td></td></tr><tr><td>Réservoir</td><td></td><td></td> d’eau <td>sur mesure</td></tr><tr><td>Carte A/D PCI-6221</td><td>National Instruments</td><td>779066-01</td><td></td></tr><tr><td>Tube de Pitot</td><td>KIMO Instruments</td><td>12971</td><td></td></tr><tr><td>15&deg ; Nom. VIS-NIR Coated, Wedge Prism</td><td>EDMUND OPTICS</td><td>#47-624</td><td></td></tr><tr><td>10&deg ; Nom. VIS 0&deg ; Prisme cunéiforme revêtu</td><td>EDMUND OPTICS</td><td>#49-444</td><td></td></tr><tr><td>2.5&deg ; Nom. Prisme cunéiforme en silice fondue non revêtu</td><td>EDMUND OPTICS</td><td>#84-863</td><td></td></tr><tr><td>4&deg ; Nom. Non revêtu, prisme cunéiforme</td><td>EDMUND OPTICS</td><td>#43-650</td><td></td></tr><tr><td>5.0&deg ; Nom. Prisme cunéiforme en silice fondue non revêtu</td><td>EDMUND OPTICS</td><td>#84-865</td><td></td></tr><tr><td>Système de développement complet LabView</td><td>National Instruments</td><td>776670-35</td><td></td></tr></tbody></table>

mesures des ondes dans un réservoir de vent-vagues sous vent régulier et instationnaire forçant

Measurements of Waves in a Wind-wave Tank Under Steady and Time-varying Wind Forcing

Cet article décrit une procédure expérimentale qui permet d’obtenir diverses informations quantitatives sur l’évolution temporelle et spatiale des vagues d’eau excités en forçant les vent dépendant du temps et stable. Calibre d’onde capacitance et jauge de pente du Laser (LSG) sont utilisés pour mesurer l’élévation de la surface d’eau instantanée et deux composantes de la pente de la surface instantanée à plusieurs endroits le long du tronçon d’essai d’une installation éolienne-vague. Le ventilateur commandé par ordinateur fournit des flux d’air au-dessus de l’eau dans le réservoir, dont le taux peut varier dans le temps. Dans ces expériences, la vitesse du vent dans la section test initialement augmente rapidement reste à la valeur programmée. Il est ensuite maintenue constante pendant toute la durée prescrite ; Enfin, le flux d’air est arrêté. Au début de chaque série expérimentale, la surface de l’eau est calme et il n’y a pas de vent. Fonctionnement du ventilateur est lancé simultanément avec l’acquisition des données fournies par les capteurs par un ordinateur ; acquisition de données se poursuit jusqu'à ce que les vagues dans le réservoir se désintègrent complètement. Plusieurs essais indépendants effectués dans les mêmes conditions de forçages permettent de déterminer statistiquement fiables paramètres caractéristiques moyennes d’ensemble qui décrivent quantitativement les variations de vent-waves à temps pour la phase de développement initial comme un fonction d’extraction. La procédure permet également de caractériser l’évolution spatiale du champ vague sous le vent constant forçant, ainsi que la décomposition des vagues dans le temps, une fois que le vent est arrêté, en fonction de la récupération.

Les résultats de moyenne ensemble représentatifs sont tracés dans la Figure 6et Figure 7, Figure 8. La variation des valeurs efficaces de l’élévation de la surface instantané &lt;η2&gt;1/2 qui caractérise l’amplitude des ondes de vent aléatoires tels que présentés dans la Figure 6 en fonction du temps écoulé depuis le ...

Ce manuscrit décrit une procédure entièrement contrôlé par ordinateur qui permet d’obtenir des paramètres statistiques fiables d’expériences de vagues excités en forçant les vent stable et instable dans une installation à petite échelle.

Mesures des ondes dans un réservoir de vent-vagues sous vent régulier et instationnaire forçant

This manuscript describes an experimental procedure that allows obtaining diverse quantitative information on temporal and spatial evolution of water ...

L’objectif global de cette procédure expérimentale est de permettre l’accumulation de divers paramètres statistiques fiables qui caractérisent l’évolution spatiale et temporelle des vagues d’eau étudiées et le forçage du vent en fonction du temps. Cette méthode peut clarifier le mécanisme qui régit l’excitation des vagues d’eau par le vent. Ces mécanismes ne sont pas encore compris.Une bonne modélisation de l’apport de vent est essentielle pour la prévision du climat des vagues. Le principal avantage de cette technique est qu’elle est entièrement automatisée et contrôlée par ordinateur. La procédure expérimentale peut être facilement ajustée pour étudier une grande variété de processus et de génération de vagues.Les expériences se déroulent dans cette installation, qui consiste en une soufflerie en boucle fermée au-dessus d’un bassin à vagues. Il s’agit d’un schéma de l’installation et de certaines de ses caractéristiques. La direction du flux d’air est indiquée par des flèches.Le réservoir mesure cinq mètres de long, 1/2 mètre de haut et 4/10 de mètre de large. Les parois latérales et le plancher du réservoir sont en verre soutenu par un cadre en aluminium. Il y a un générateur de volets et de vagues à une extrémité du réservoir.Le clapet élargit en douceur la section transversale du flux d’air lorsqu’il pénètre dans la zone d’essai et sert de référence pour les mesures de distance. Un absorbeur d’énergie houlomotrice se trouve à l’extrémité opposée du réservoir. Il s’agit de matériaux d’emballage poreux utilisés pour former une plage.Il y a un chariot mobile au-dessus du réservoir pour contenir les instruments. Pour l’expérience, faites remplir le réservoir à une profondeur de 20 centimètres et précisez manuellement le chariot afin que les instruments soient à la portée souhaitée. Ensuite, préparez certains des instruments pour l’expérience.Ayez un tube de Pitot qui peut atteindre le centre du flux d’air. De plus, disposez d’un wavegauge monté sur une platine verticale commandée par ordinateur. Utilisez le chariot pour monter le tube de Pitot au centre du flux d’air de la section d’essai.Ensuite, montez le wavegauge sur le chariot. Ensuite, travaillez avec une pièce de jauges de pente laser. Ceux-ci se composent d’une diode laser, d’une lentille de Fresnel, d’un écran diffusif et d’un détecteur de précision.Alignez la diode laser à l’endroit souhaité sous le réservoir d’eau. Dirigez le faisceau verticalement vers le haut. Le faisceau doit être à environ sept centimètres du tangomètre.Après avoir positionné la lentille de Fresnel et l’écran diffusif, utilisez un niveau pour vérifier l’alignement horizontal et vertical de la lentille et de l’écran avant de continuer. Ajustez le réglage de l’objectif à la distance réelle entre l’objectif et l’écran. Pour calibrer le manomètre, réglez la précision verticale du capteur.Le niveau moyen de l’eau doit se situer approximativement au milieu de la longueur du fil de détection. Réglez la vitesse du ventilateur sur l’un des niveaux souhaités et laissez le vent souffler régulièrement pendant deux à trois minutes. Lorsque le vent souffle, surveillez le signal du tangomètre sur un oscilloscope.Ajustez manuellement la sensibilité, le gain et le décalage pour vous assurer que les valeurs de tension correspondant à la crête la plus élevée et au creux le plus bas sont dans la plage du convertisseur AD. Une fois terminé, arrêtez le ventilateur et attendez que la surface de l’eau ne soit pas perturbée. Répétez les étapes d’étalonnage pour chaque emplacement de mesure et vitesse maximale du vent prévue dans l’exploitation expérimentale.Maintenant, calibrez la jauge de pente laser. Pour cela, utilisez un prisme cunéiforme optique sur un support transparent. Visualisez la sortie du détecteur à détection de précision sur un oscilloscope pour vérifier l’étalonnage.Utilisez différents prismes pour répéter cette opération pour plusieurs angles de déviation. Encore une fois, utilisez un prisme pour dévier le faisceau laser vertical. Dans ce cas, dévier le faisceau vers une position radiale sur l’écran diffusif.Faites-le avec plusieurs prismes tout en maintenant un angle azimutal constant. Pour chaque position, enregistrez la sortie du détecteur à détection de précision sur l’oscilloscope. Une fois terminé, collectez des données en déplaçant le point laser à plusieurs positions dans la direction X en gardant la coordonnée Y constante.Répétez les mêmes étapes en déplaçant la position Y et en gardant la coordonnée X constante. Préparer le système d’acquisition de données pour enregistrer les quantités souhaitées. Pour commencer l’expérience, assurez-vous qu’il n’y a pas de vent.La surface de l’eau doit être lisse et non perturbée. Activez le ventilateur et lancez l’acquisition des données en même temps. Pour cette expérience, appliquez un effort constant pendant 200 secondes.Au fil du temps, le système atteindra un état stable. Utilisez l’oscilloscope pour afficher les données au fur et à mesure de leur collecte. Il s’agit d’un exemple des données de pente de surface.Portant arrière à gauche, vent de travers à droite. À la fin, arrêtez le ventilateur et continuez à collecter des données pour enregistrer le champ d’ondes en décomposition. Prévoyez suffisamment de temps pour que l’eau revienne à un état non perturbé avant de continuer.Dans chaque réalisation, trois étapes distinctes peuvent être identifiées. La croissance initiale de la vague avec un démarrage du ventilateur. Le champ de vagues de vent quasi constant sous un forçage constant du vent, et la décomposition des vagues après l’arrêt du ventilateur.De nombreuses réalisations indépendantes du champ de vagues sous le forçage impulsif du vent ont été enregistrées. Et la moyenne de l’échantillon fournit des résultats en fonction du temps par rapport à l’instant de l’initiation du ventilateur. Voici les données pour les valeurs RMS de l’élévation instantanée de la surface en fonction du temps.Les données ont été prises à 120 centimètres du volet et pour trois vitesses de vent différentes. L’amplitude caractéristique des vagues à l’état quasi stationnaire à l’équilibre augmente avec la vitesse du vent. Notez que le temps nécessaire pour obtenir la valeur à l’état quasi-stationnaire ne semble pas dépendre de la vitesse.Les données pour des valeurs de récupération différentes et les trois mêmes vitesses de vent montrent un comportement similaire. Ces tracés concernent les élévations instantanées de la surface. 220 centimètres du rabat et 340 centimètres du rabat.Utilisez les mêmes données pour explorer les amplitudes caractéristiques des ondes pour une valeur cible constante de la vitesse du vent. Ce graphique, pour 6,5 mètres par seconde, est représentatif et démontre les valeurs d’équilibre des valeurs RMS des augmentations d’élévation de surface avec fetch. L’expérience fournit également des mesures des composantes RMS sous le vent et par vent de travers de la pente de surface.Ces données concernent deux valeurs de la récupération, 120 centimètres et 340 centimètres. Pour une vitesse de vent cible de 6,5 mètres par seconde, et également pour une vitesse de vent cible de 10,5 mètres par seconde. Éteignez le ventilateur et l’amplitude caractéristique de l’onde ainsi que les composants de la pente de surface décroît pendant environ une minute, indépendamment de la récupération.Une fois maîtrisée, une seule réalisation utilisant ce procédé prend environ huit minutes. L’accumulation de 100 réalisations nécessite environ 13 heures d’expérience continue pour une seule vitesse cible de vent et un fetch fixe. Lors de cette procédure, il est important de se rappeler que l’eau s’évapore et doit être réapprovisionnée de temps en temps.Après son développement, cette technique a ouvert la voie à l’étude quantitative des vagues d’eau et du forçage du vent régulier. Après avoir regardé la vidéo, vous devriez avoir une bonne compréhension de la façon dont on peut obtenir des résultats quantitatifs sur des champs de vent instables et inhomogènes.

measurements-waves-wind-wave-tank-under-steady-time-varying-wind

Research

Recherche

JoVE Journal

Engineering

Ingénierie

Les polypes vocaux de pli peuvent perturber la dynamique de pli vocal et peuvent ainsi avoir des conséquences dévastatrices sur un patient' capacité de s de communiquer. La séparation tridimensionnelle d’écoulement induite par un polype de modèle mural et son impact sur la charge de pression de mur sont examinés utilisant la velocimetry d’image de particule, la visualisation de ligne de friction de peau, et les mesures de pression de mur.

Étude de la séparation d’écoulement tridimensionnelle induite par un polype de pli vocal modèle

Un protocole pour la conception et la construction d'un réservoir de sol relié à un petit climat contrôlé soufflerie pour étudier les effets des forçages atmosphériques sur l'évaporation est présenté. Tant le réservoir du sol et la soufflerie sont instrumentées avec des technologies de capteurs pour le continu la mesure in situ des conditions environnementales.

Explorer les effets des forçages atmosphériques sur évaporation: l&#39;intégration expérimentale de la couche limite atmosphérique et de subsurface

Ici, nous présentons un protocole pour mesurer, avec une haute résolution spatiale, la pression de surface instable dans les écoulements turbulents. Cette méthode démontre la construction d’une sonde de microphone à distance (RMP) et la détermination de sa fonction de transfert complexe dépendante de la fréquence. Une détermination analytique de la réponse dynamique est présentée et validée.

La mesure des Unsteady Pression de surface Utilisation d&#39;un microphone sonde à distance

La puissance absorbée dans des bioréacteurs agitées peut être mesurée par le couple qui agit sur l’arbre d’entraînement pendant la rotation. Cet article décrit comment un roulement d’air peut être utilisé efficacement réduire les pertes par frottement observés dans les garnitures mécaniques et améliorer la précision des mesures d’entrée de puissance dans les petits vaisseaux.

Mesures d’entrée de puissance dans des bioréacteurs brassées à l’échelle du laboratoire

Deux méthodes différentes pour caractériser le mouvement de la particule naissante d’une perle unique en fonction de la géométrie de lit de sédiments de laminaire à un écoulement turbulent sont présentés.

Basée visuellement caractérisation du mouvement particule naissante dans les substrats régulières : de laminaire à turbulence

La technique décrite dans la présente offre une méthode relativement simple et faible coût pour mesurer simultanément la cinématique de la particule et la turbulence des flux avec des concentrations de particules de faible. La turbulence est mesurée à l’aide de la vélocimétrie par image de particules (PIV), et la cinématique de particules sont calculés à partir des images obtenues avec une caméra à grande vitesse dans un champ de vision qui se chevauchent.

Mesure simultanée de la Turbulence et de la cinématique de particules qui utilise les Techniques d’imagerie de flux

Une cellule de cisaillement est développé pour petits angles des mesures de diffusion de neutrons dans le gradient de cisaillement plan-vitesse et de vitesse est utilisée pour caractériser les fluides complexes. Mesures résolues spatialement dans la direction de gradient de vitesse sont possibles pour l'étude des matériaux cisaillement baguage. Les applications comprennent les enquêtes de dispersions colloïdales, des solutions de polymères, et des structures auto-assemblées.

Mesure microstructure du matériau sous flux utilisant 1-2 Avion Flow-Petit Angle Neutron Scattering

Un protocole pour la réalisation d’expériences d’ondes de thermopuissance est présenté. La synthèse de composites hybrides d’un combustible chimique et d’un matériau micro/nanostructuré, la fabrication d’un générateur d’ondes thermoélectriques et les méthodes de mesure des phénomènes physiques correspondants sont décrites.

Préparation et évaluation des composites hybrides de carburant chimique et multi-parois des nanotubes de carbone dans l&#39;étude des ondes thermoélectrique

La technique des gradients de diffusion dans les couches minces (DGT) est proposé pour les études de spéciation de plutonium. Ce protocole décrit des expériences de diffusion de palpage le comportement de Pu (IV) et de Pu (V) en présence de matière organique. Dgts déployés dans une source karstique permettent d'évaluer la biodisponibilité de Pu.

Spéciation et la biodisponibilité mesures de plutonium de l&#39;environnement en utilisant la diffusion dans les couches minces

Dans cet article, un protocole expérimental pour étudier aérosolisation des particules d'un produit sous l'abrasion et sous l'altération de l'environnement est présenté. Résultats sur l'émission des nanomatériaux manufacturés, sous la forme d'aérosols sont présentés. Le dispositif expérimental spécifique est décrit en détail.

Protocole expérimental pour enquêter sur des particules Aérosolisation d&#39;un produit sous Abrasion et sous Weathering environnementale

Découvrez une procédure expérimentale entièrement automatisée pour étudier l'évolution des vagues d'eau sous l'effet du vent régulier et instationnaire. Cette méthode permet d'obtenir des paramètres statistiques fiables pour la prévision du climat des vagues.

Mesures des ondes dans un réservoir de vent-vagues sous vent régulier et instationnaire forçant

Explorer plus de vidéos