מדידות של גלים בתוך מיכל גל תחת רוח יציב ולא משתנה הזמן מכריח

המטרה הכוללת של הליך ניסיוני זה היא לאפשר הצטברות של פרמטרים סטטיסטיים אמינים מגוונים המאפיינים התפתחות מרחבית וזמנית של גלי מים הנחקרים וכוח רוח תלוי זמן. שיטה זו יכולה להבהיר מנגנונים השולטים בעירור גלי מים על ידי רוח. מנגנונים אלה עדיין לא מובנים.

מידול נכון של קלט רוח חיוני לחיזוי אקלים גלים. היתרון העיקרי של טכניקה זו הוא שהיא אוטומטית לחלוטין ונשלטת על ידי מחשב. ניתן להתאים את הליך הניסוי בקלות למחקר מגוון רחב של תהליכים ויצירת גלי רוח.

הניסויים מתקיימים במתקן זה, המורכב ממנהרת רוח סגורה מעל מיכל גלים. זוהי סכימה של המתקן וחלק מהתכונות שלו. כיוון זרימת האוויר מסומן על ידי חצים.

אורכו של הטנק חמישה מטרים, גובהו 1/2 מטר ורוחבו 4/10 מטר. קירות הצד והרצפה של המיכל עשויים זכוכית הנתמכת על ידי מסגרת אלומיניום. יש מחולל דש וגלים בקצה אחד של המיכל.

הדש מרחיב בצורה חלקה את חתך זרימת האוויר כשהוא נכנס לאזור הבדיקה ומשמש כהתייחסות למדידות מרחק. בולם אנרגיית גל נמצא בקצה הנגדי של המיכל. זה מורכב מחומרי אריזה נקבוביים המשמשים ליצירת חוף.

יש כרכרה ניידת מעל המיכל להחזקת מכשירים. לצורך הניסוי, יש למלא את המיכל לעומק של 20 סנטימטרים ולדייק ידנית את הכרכרה כך שהמכשירים יהיו בהבאה הרצויה. לאחר מכן, הכינו חלק מהמכשירים לניסוי.

יש צינור פיטו שיכול להגיע למרכז זרימת האוויר. בנוסף, יש מד גל המותקן על במה אנכית הנשלטת על ידי מחשב. השתמש בכרכרה כדי להרכיב את צינור פיטו במרכז זרימת האוויר של קטע הבדיקה.

לאחר מכן, הרכיב את מד הגל על הכרכרה. לאחר מכן, עבוד עם חלק מד שיפוע לייזר. אלה מורכבים מדיודת לייזר, עדשת פרנל, מסך דיפוזי וגלאי חישה מדויקת.

יישר את דיודת הלייזר באחזור הרצוי מתחת למיכל המים. כוון את הקורה אנכית כלפי מעלה. הקורה צריכה להיות כשבעה סנטימטרים ממד הגל.

לאחר מיקום עדשת פרנל והמסך המפזר, השתמש במפלס כדי לבדוק את היישור האופקי והאנכי של העדשה והמסך לפני שתמשיך. התאם את הגדרת העדשה למרחק בפועל בין העדשה למסך. כדי לכייל את מד הגל, הגדר את הדיוק האנכי של החיישן.

מפלס המים הממוצע צריך להיות בערך באמצע אורך חוט החישה. הגדר את מהירות המפוח לאחת הרמות הרצויות ואפשר לרוח לנשוב בהתמדה במשך שתיים-שלוש דקות. כאשר הרוח נושבת, עקוב אחר האות של מד הגל באוסילוסקופ.

כוונון ידני של הרגישות, ההגבר וההיסט כדי להבטיח שערכי המתח המתאימים לפסגה הגבוהה ביותר ולשוקת הנמוכה ביותר נמצאים בתחום של ממיר AD. בסיום, כבה את המפוח והמתן עד שפני המים לא יפריעו לך. חזור על שלבי הכיול עבור כל מיקום מדידה ומהירות הרוח המקסימלית הצפויה בריצת הניסוי.

כעת, כייל את מד שיפוע הלייזר. לשם כך, השתמש במנסרת טריז אופטית על תומך שקוף. View הפלט של גלאי החישה המדויקת באוסילוסקופ כדי לבדוק את הכיול.

השתמש במנסרות שונות כדי לחזור על זה עבור מספר זוויות סטיה. שוב, השתמש בפריזמה כדי להסיט את קרן הלייזר האנכית. במקרה זה, הסיט את הקורה למצב רדיאלי על המסך המפזר.

עשה זאת עם מספר מנסרות תוך שמירה על זווית אזימוטלית קבועה. עבור כל עמדה, רשום את הפלט של גלאי החישה המדויקת באוסילוסקופ. בסיום, אסוף נתונים על ידי הזזת נקודת הלייזר למספר מיקומים בכיוון X תוך שמירה על קואורדינטות Y קבועות.

חזור על אותם שלבים בהזזת מיקום Y ושמירה על קואורדינטות X קבועות. הכן את מערכת איסוף הנתונים לרישום הכמויות הרצויות. כדי להתחיל בניסוי, ודא שאין רוח.

פני המים צריכים להיות חלקים וללא הפרעה. הפעל את המפוח והתחל ברכישת נתונים בו זמנית. עבור ניסוי זה, הפעל כוח יציב למשך 200 שניות.

עם הזמן, המערכת תגיע למצב יציב. השתמש באוסילוסקופ כדי להציג נתונים בזמן שהם נאספים. זוהי דוגמה לנתוני שיפוע פני השטח.

במורד הרוח משמאל, רוח צולבת מימין. בסיום, כבה את המפוח והמשך לאסוף נתונים כדי לתעד את שדה הגל הדועך. אפשר מספיק זמן עד שהמים יחזרו למצב ללא הפרעה לפני שתמשיך.

בכל מימוש ניתן לזהות שלושה שלבים נפרדים. גידול הגל הראשוני עם תחילת המפוח. שדה גלי הרוח היציב למחצה תחת כוח רוח מתמיד, ודעיכת הגלים לאחר כיבוי המפוח.

תועדו מימושים עצמאיים רבים של שדה גלים תחת אילוץ רוח אימפולסיבי. וממוצע הדגימה מספק תוצאות כפונקציה של זמן ביחס לרגע התחלת המפוח. להלן הנתונים עבור ערכי RMS של גובה פני השטח המיידי כפונקציה של זמן.

הנתונים נלקחו 120 סנטימטרים מהדש ועבור שלוש מהירויות רוח שונות. משרעת הגל האופיינית למצב יציב של שיווי משקל גדלה עם מהירות הרוח. שימו לב שהזמן להשגת ערך המצב היציב למחצה לא נראה תלוי במהירות.

נתונים עבור ערכי אחזור שונים ואותן שלוש מהירויות רוח מראים התנהגות דומה. חלקות אלה מיועדות לגבהים מיידיים של פני השטח. 220 ס"מ מהדש, ו -340 ס"מ מהדש.

השתמש באותם נתונים כדי לחקור את אמפליטודות הגל האופייניות לערך יעד קבוע של מהירות הרוח. תרשים זה, עבור 6.5 מטר לשנייה מייצג ומדגים את ערכי שיווי המשקל של ערכי RMS של גובה פני השטח עולה עם אחזור. הניסוי מספק גם מדידות של רכיבי ה-RMS במורד הרוח וברוח הצולבת של שיפוע פני השטח.

נתונים אלה מיועדים לשני ערכים של האחזור, 120 סנטימטרים ו-340 סנטימטרים. עבור מהירות רוח מטרה של 6.5 מטר לשנייה, וגם עבור מהירות רוח מטרה של 10.5 מטר לשנייה. כבה את המפוח ומשרעת הגל האופיינית יחד עם רכיבי שיפוע פני השטח דועכים במשך כדקה אחת ללא תלות באחזור.

לאחר השליטה, מימוש יחיד באמצעות הליך זה אורך כשמונה דקות. הצטברות של 100 מימושים דורשת כ-13 שעות של ניסוי רציף עבור מהירות יעד רוח בודדת ואחזור קבוע. בזמן ניסיון הליך זה, חשוב לזכור שהמים מתאדים ויש לחדש אותם מעת לעת.

לאחר פיתוחה, טכניקה זו סללה את הדרך למחקר כמותי של גלי מים וכוח רוח יציב. לאחר הצפייה בסרטון, אתה אמור להבין היטב כיצד ניתן להשיג תוצאות כמותיות על שדות גלי רוח לא יציבים ולא הומוגניים.