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

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.