이 원고 물 파도 안정과 불안정 바람 소규모 시설에 강제로 흥분된의 실험에서 신뢰할 수 있는 통계 매개 변수를 얻기 수 있도록 완벽 하 게 컴퓨터 제어 절차를 설명 합니다.
이 원고 물 파도 안정과 불안정 바람 소규모 시설에 강제로 흥분된의 실험에서 신뢰할 수 있는 통계 매개 변수를 얻기 수 있도록 완벽 하 게 컴퓨터 제어 절차를 설명 합니다.
이 원고 물 파도 시간-종속 및 꾸준한 바람 강제로 흥분된의 시간적, 공간적 진화에 다양 한 정량적 인 정보를 얻는 것을 허용 하는 실험적인 절차를 설명 합니다. 커패시턴스 형 웨이브 게이지와 레이저 기울기 측정 (LSG) 즉석 물 표면 고도 및 바람 파도 시설의 테스트 섹션에 따라 위치의 숫자에 즉각적인 표면 기울기의 두 가지 구성 요소를 측정 하는 데 사용 됩니다. 컴퓨터 제어 송풍기 누구의 속도 시간에 다 수 탱크에서 물에 대 한 공기 흐름을 제공 합니다. 현재 실험 테스트 섹션에서 풍속 처음 증가 신속 하 게 나머지에서 설정된 값을 합니다. 그것은 다음 일정 하 게 유지 된 기간; 마지막으로, 공기 흐름이 종료 됩니다. 각 실험 실행의 처음부터, 수 면 진정 이며 바람입니다. 송풍기의 작동 시작 동시에 모든 센서에 의해 제공 되는 데이터의 수집 컴퓨터; 데이터 수집 탱크에 파도 완전히 부패 될 때까지 계속 됩니다. 동일한 강제 조건 하에서 수행 하는 여러 독립 실행 허용 결정 하는 통계적으로 신뢰할 수 있는 앙상블 평균 특성 매개 변수 양적으로 초기 개발 단계에 대 한 시간에 바람 파도 변화를 설명 하는 한 인출의 기능입니다. 절차는 또한 꾸준한 바람 강요, 아래 파 필드의 공간 진화 뿐만 아니라 파도 시간, 바람은 종료, 페치의 기능으로 일단 특성화 수 있습니다.
고 대 시간부터, 그것은 잘 알려진 물 표면에 파도 바람에 의해 흥분 되었습니다. 이 프로세스를 관리 하는 실제 메커니즘의 현재 이해는 만족에서 멀리 이다. 그러나 그들의 신뢰할 수 있는 실험적인 검증은 아직 사용할 수 없습니다 년1,2,,34이상 바람 파 세대를 설명 하는 수많은 이론이 제시 되었다. 바다에서 임의의 바람 파도의 측정은 매우 신속 하 게 크기에서 뿐만 아니라 방향에 따라 달라질 수 있습니다 예측할 수 없는 바람 때문에 도전 합니다. 실험실 실험 제어 조건에 장기간 하 고 반복 가능한 측정의 이점이 있다.
실험실 환경에서 강제로 꾸준한 바람에서 바람 파도 공간에 진화 한다. 초기 실험실 실험 꾸준한 강요 아래 파도에 즉각적인 표면 고도 측정5,6,,78제한 했다 년 전 수행. 더 최근의 연구는 또한 LSG9,10등 즉각적인 물 표면 경사 각도 측정 하는 다양 한 광학 기술을 채택. 그 측정 바람 파 분야의 3 차원 구조에 대 한 질적 정보 제한 일부 점점 허용. 바람을 강요 하지 않을 경우, 필드 실험에, 추가적인 복잡성은 도입 물 파도 여기의 문제에 바람, 결과 파 필드의 통계 매개 변수 공간 뿐 아니라 시간 또한 다양 하기 때문. 지금까지 시간의 강제에서 질적 및 양적 웨이브 진화 패턴을 설명 하려고 시도 했다만 부분적으로 성공적인11,12,,1314 , 15 , 16. 여기 이어질 수 있습니다 다른 그럴듯한 물리적 메커니즘의 상대적 기여도 바람의 작용으로 인해 파도의 성장을 크게 알려지지 않은 남아.
우리의 실험 시설 사용 중 안정 또는 불안 정한 바람 강요 아래 바람 파 필드 특성의 변화에 대 한 정확 하 고 다양 한 통계 정보 축적의 목적으로 설계 되었다. 두 가지 주요 요소가 이러한 상세한 연구 수행을 촉진. 첫째, 상대적으로 짧은 특성 진화에 시설 결과의 겸손 한 크기는 시간과 공간에 확장 됩니다. 둘째, 모든 실험은 완전히 활성화 다른 실험 조건 하에서 실험 실행의 성능을 자동으로 그리고 실질적으로 인간의 개입 없이 컴퓨터에 의해 제어 됩니다. 실험 설정의 이러한 특징은 나머지에서 흥분된 충 동 바람에 의해 파도에 실험 수행에 중요 한 중요성의.
꾸준한 강요 아래 바람 파도의 공간 성장 바람 속도17의 범위에 대 한 우리의 시설에서 연구 되었습니다. 결과 공장19에 의해 발표로 마일18 이론에 따라 성장 율 견적 비교 되었다. 비교 실험 결과 특히 이론적인 예측에서에서 다 밝혔다. 중요 한 추가 매개 변수에서 얻은17, 의미 압력 강하 테스트 섹션으로 절대 가치와 특성 정전기 압력 변동의 단계 등도 있었다. 공기-물 인터페이스에서 전단 응력은 바람과 파도17,19사이 기세 및 에너지 전송의 특성에 대 한 필수적입니다. 따라서, 상세한 로그 경계 층과 물 파도 수많은 인출에서 수행한와 바람 속도20위의 공기 흐름에 사나운 변동 측정. 마찰 속도 u* 이 연구에서 공기-물 인터페이스에서의 값은 우리의 시설21측정 바람 파도의 치수 통계 매개 변수를 사용 되었다. 이 값은 해당 크기가 없는 매개 변수가 큰 실험 설치 및 현장 실험에서 얻은 비교 되었다. 시연 되었다 이전21 큰 실험실에 축적은 적절 한 확장, 우리의 소규모 시설에서 얻은 풍 파 분야의 중요 한 특성 차이가 없습니다 크게 해당 데이터에서 설치 고 공해 측정입니다. 이러한 매개 변수 공간 성장의 대표적인 파도 높이 웨이브 길이, 표면 상승의 주파수 스펙트럼 높은 통계 순간의 값의 형태를 포함합니다.
우리의 시설22,23 에서 실시 하는 후속 연구 바람 파도 본질적으로 임의의 3 차원 보여주었다. 바람 파도의 3 차원 구조에 대 한 더 나은 통찰력을 얻으려면, 시도 스테레오 비디오 이미징22를 사용 하 여 확장된 영역을 통해 물 표면 상승의 양적 시간에 따라 측정을 수행 했습니다. 때문에 부적당 한 컴퓨터 파워는 아직 충분히 효과적인 현재와 처리 알고리즘에서 사용할 수 있는, 이러한 시도 입증만 부분적으로 성공. 그러나, 그것은 기존의 커패시턴스 형 웨이브 게이지와는 LSG 사용 바람 파도의 공간 구조에 귀중 한 정보를 제공 합니다 시연 했다. 둘 다 그 악기의 동시 신청은 즉각적인 표면 기울기23의 두 가지 구성 요소와 즉각적인 표면 상승의 높은 시간 해상도 독립 측정 수 있습니다. 이러한 측정 모두 지배적인 주파수의 추정과 지배 파장의 파도, 바람에 수직한 방향으로 파도 구조에 대 한 통찰력을 제공 하실 수 있습니다. 컴퓨터 제어 모터에 의해 수직으로 이동 수, 피토 관 센서의 집합을 보완 하 고 바람 속도의 측정에 사용 됩니다.
임의성 및 바람 파도도 측정된 매개 변수의 중대 한 다양성에서 결과의 세 꾸준히 만든된 분명 바람 강제로 그 모든 연구 및 단일 측정 위치 따라서, 측정 저울 측정 된 파 필드의 신뢰할 수 있는 통계 대량 추출에 대 한 충분 한 정보를 축적 하는 데 필요한 특성에 알맞은 기간을 연장 한다. 파 필드의 공간 변화를 관리 하는 메커니즘으로 실제 귀중 한 통찰력을 얻으려면, 바람 유량의 값에 대 한 수많은 위치에서 측정 가능한 테스트 섹션에서 수행 하는 것이 필수적입니다. 이 위해 자동화 된 실험 절차를 적용 하는 매우 바람직한 이렇게 이다.
파도 불안정 바람 강제로 흥분된에 실험의 복잡성 추가 수준을 소개합니다. 이러한 연구에 즉각적인 측정된 매개 변수 바람 속도의 순간 레벨에 관계 하는 것이 필수적입니다. 중요 한 예를 들어 거의 충 동적인 바람 강요 하 여 나머지에서 흥분 파 실험을 고려 하십시오. 이 경우에, 수많은 독립적인 측정 풍 파 필드 다음과 같은 처방된 패턴24시간에 따라 바람의 작업 아래에서 진화의 필요 합니다. 공기 흐름의 개시 이후 경과 시간의 기능으로 표현 하는 의미 있는 통계 매개 변수를 다음 독립적인 현실화의 누적된 앙상블에서 추출 된 데이터를 평균 하 여 계산 됩니다. 이 사업 및 연속 샘플링의 시간의 수백을 포함할 수 있습니다. 이러한 야심찬 작업을 수행 하는 데 필요한 실험 세션의 총 기간 실험은 완전히 자동화 되어 하지 않는 한 전체 접근을 unfeasible,으로 렌더링 합니다. 바람 파도 시설에 같은 완벽 하 게 전산화 실험 절차 없음 최근까지 개발 되었습니다. 그 불안정 강요 아래 바람 파도에 신뢰할 수 있는 통계 자료의 부족에 대 한 주요 이유 중 하나입니다.
때문에 실험을 위해 사용 하는 시설에서 상용 건설 하지, 상용 하드웨어, 주요 부품에 대 한 간략 한 설명이 제공 됩니다 여기.

그림 1입니다. 회로도 (확장 하지) 실험 시설 보기. 1-송풍기; 2-유입 정착 챔버; 3-유출 정착 챔버; 4-소음 기 상자; 5-테스트 섹션; 6-비치; 7-열 교환기; 8-벌집; 9-노즐; 10-wavemaker; 11-플랩; 12-악기 운송; 13-파 게이지; 스테퍼 모터에 의해 구동 14-피토 튜브 스테퍼 모터에 의해 구동. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
(회로도 보기는 그림 1에 표시 된) 파 탱크 탑재 폐쇄 루프 윈드 터널 실험 시설에 의하여 이루어져 있다. 테스트 섹션 5 m 긴, 0.4 m, 폭 0.5 m 깊은입니다. 측 벽 및 층 6 m m 두께 유리 접시의 고 알루미늄 프로 파일의 만든 프레임 포함 됩니다. 40 cm 긴 플랩을 물 표면에 노즐에서 공기 횡단면의 원활한 확장을 제공합니다. 웨이브 에너지 흡수 하는 다공성 포장 물자의 비치는 탱크의 맨 끝에 있습니다. 컴퓨터 제어 송풍기 15 m/s까지 테스트 섹션에서 의미 공기 흐름 속도 달성 수 있습니다.
주문 품 커패시턴스 형 100 m m 긴 웨이브 게이지 산화 탄탈륨의 이루어집니다. 0.3 m m 와이어 웨이브 계기 캘리브레이션을 위한 PC 제어 단계 모터에 의해 구동 수직 단계에 거치 된다. 3 mm의 직경을 가진 피토 튜브 테스트 섹션의 중앙 공기 부분에 동적 압력 측정을 위해 사용 됩니다.
측정 하는 순간 2 차원 물 표면 경사, LSG 탱크 (그림 2)에 따라 어떤 위치에 배치 될 수 있습니다 테스트 섹션에서 분리 된 프레임에 설치 됩니다. LSG 4 개의 주요 부분으로 구성 됩니다: 레이저 다이오드, 프레넬 렌즈, 방산 화면 및 위치 감지 검출기 (PSD) 어셈블리. 레이저 다이오드 650 nm (적색), 200 mW focusable 레이저 빔 직경 약 0.5 m m의 생성합니다. 26.4 c m 지름 22.86 c m의 초점 거리와 프레넬 렌즈 다시 렌즈의 초점면에 위치한 25 x 25 cm2 방산 화면에 들어오는 레이저 광선을 지시 합니다.

그림 2입니다. 회로도 보기 레이저 슬로프 게이지 (LSG)의. 1-레이저 다이오드; 2-프레넬 렌즈; 3-방산 스크린; 4-포지션 센서 탐지기 (PSD)입니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
이 프로토콜 수 있는 수많은 매개 변수 불안정 파도 특성화 측정 동시에 시간에 따라 바람 강요 아래 실험을 수행 하는 절차를 설명 합니다. 절차는 실험 시설의 기술적 한계에 비추어 달성 될 수 있는 시간에 바람 각 측정 속도의 어떤 원하는 의존에 조정할 수 있습니다. 현재 프로토콜 모든 실현에는 바람 거의 충 동적으로 시작 하 여 처음 진정 물 위에 구체적으로 실험을 설명 합니다. 다음 충분히 그 지속을 강요 하는 꾸준한 바람 바람 파 필드 테스트 섹션에서 사방 준 안정 상태를 달성 한다. 바람 결국, 다시 거의 충 동적으로 종료 됩니다. 모든 단계에서 여러 파 매개 변수가 기록 됩니다. 우리의 시설에서 실시 된 수많은 통계 대표 앙상블 평균 수량 특성화 즉각적인 지역 바람 파 필드 계산 소설, 그리고 최근 실험 과정에서 개발 되었다 허용 하는 절차 22 , 23 , 24.
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1. 시스템 준비
2. 교정 및 센서의 운영

그림 3입니다. 웨이브 게이지의 교정 곡선입니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

그림 4입니다. 퍼지는 화면 그리드. 그리드 용이 프리즘의 세트를 사용 하 여 또는 따라 바람에 퍼지는 화면 아래 레이저 이동 편리 하 고 정확 하 게, 퍼지는 화면에 원하는 위치에 레이저 빔 지시 및 옆 바람 방향 여기를 클릭 하십시오 이 그림의 확대 이미지 보기.

그림 5입니다. PSD 보정 곡선. 그림의 PSD 변환 하는 적절 한 결과 산출 하는 좌표에 출력 하는 방법을 보여 줍니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
3. 실험 절차 및 데이터 수집
참고: 다음 단계에서 사용 되는 사용자 인터페이스에 대 한 보충 그림 1 을 참조 하십시오.
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그림 6, 그림 7, 그림 8에 대표적인 앙상블 평균 결과 플롯 됩니다. 이후 경과 된 시간의 함수로 그림 6 에 제시 된으로 임의의 바람 파도의 진폭을 특징 짓는 순간 표면 상승 <η2>1/2 의 RMS 값의 변화 송풍기의 개시입니다. 3 거리는 wavemaker, x, 고 3 대상 바람 속도, 미국 에 대 한 결과 표시 됩니다.
고정된 인출 x, 대 한 평형 준 안정 상태 특성 파 진폭 증가 바람 속도
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현재 실험 프로토콜 파 필드 불안정 바람 강요에서 시간과 공간에 진화의 양적 특성 목적 이다. 바람 파도 기본적으로 무작위 및 3 차원, 있기 때문에 시간과 공간에 따라서 신속 하 게 변화, 시간에 따라 바람 강요 아래 성장 바람 파 필드의 개별 현실화의 기록만 관리의 질적 평가 제공할 수 있습니다. 웨이브 매개 변수입니다. 이 프로토콜의 목표를 달성 하는 통계적으로 신뢰할 수 있는 시간 및 인출 종속 파 특성을 얻을 시간-해결 적용 하는 앙상블 시간에 바람 변화의 동일한 패턴으로 수많은 실험 실행의 평균. 다른 대상 바람 속도 및 인출에 대 한 상세 하 고 광범위 한 개인정보의 축적은 매우 시간이 소모, 실험 절차는 자동화 하 고 필요한 조정에 대 한 다른 수 있도록 충분히 유연 해야 조건을 강요 하는 바람. 우리의 지식의 베스트에 시간적 및 공간적 해상도 변수 바람 강요 아래 다양 한 통계 파 필드 매개 변수를 제공할 수 있다이 원고에 설명 된 실험 절차가 없었습니다 크게 지금까지.
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저자는 공개 없다.
이 작품은 이스라엘 과학 재단에 의해 지원 되었다 그랜트 # 306/15.
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| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| PSD | THORLABS | PDP90A | |
| 레이저 다이오드 | 모든 레이저 포인터 ≤ 200 mW | ||
| 비구면 프레넬 렌즈 | EDMUND OPTICS | # 46-390 | 직경 10.4 '', 초점 거리 9 '' |
| 웨이브 게이지 | 맞춤형 | ||
| 압력 변환기 | MAMAC SYSTEMS | PR-274-R2-VDC | |
| 신호 컨디셔너 | 맞춤형 | ||
| 확산 스크린 | EDMUND OPTICS | # 02-147 | |
| 물 탱크 | 맞춤형 | ||
| A / D 카드 PCI-6221 | National Instruments | 779066-01 | |
| 피토 튜브 | KIMO Instruments | 12971 | |
| 15° Nom. VIS-NIR 코팅, 웨지 프리즘 | EDMUND OPTICS | #47-624 | |
| 10°C; Nom. VIS 0° 코팅, 쐐기 프리즘 | EDMUND OPTICS# | 49-444 | |
| 2.5°C; Nom. 용융 실리카 웨지 프리즘 비코팅 | EDMUND OPTICS# | 84-863 | |
| 4° Nom. 비코팅, 웨지 프리즘 | EDMUND OPTICS# | 43-650 | |
| 5.0° Nom. 용융 실리카 웨지 프리즘 비코팅 | EDMUND OPTICS# | 84-865 | |
| LabView 전체 개발 시스템 | 국가 악기 | 776670-35 |
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