Name: 안정 하 고 시간 변화 바람 강요 아래 바람 파도 탱크에서 파도의 측정 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-02-13T13:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 54 s
Description: 배우세요 바람에 의한 파도 여기 메커니즘을 밝히는 완전 자동화된 컴퓨터 제어 실험 방법을 통해 안정적이고 시간 변화하는 바람 조건에서 물결의 시공간 진화를 정량적으로 분석하는 기술을 익히세요.

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이 작품은 이스라엘 과학 재단에 의해 지원 되었다 그랜트 # 306/15.

1. 시스템 준비
<ol><li>깊은 물 상태를 만족 시키기 위해 약 20 cm의 깊이까지 수돗물으로 탱크를 채우기 표면 장력에 영향을 미칠 수 있습니다 어떤 오염 물질의 물 표면 청소.</li>
	<li>위치 원하는 인출에서 악기 운송입니다.<ol>
<li>피토 튜브를 탑재 하 고 테스트 섹션 부분의 공기 흐름의 중심에 위치.</li>
		<li>정적 교정 수 있도록 컴퓨터 제어 수직 단계에 웨이브 게이지를 탑재 합니다.</li>
	</ol>
</li>
	<li>위치는 파의 간섭을 제거 하 LSG 어셈블리 원하는 인출, 웨이브 게이지에서 약 7 ㎝의 측면 거리에 광학 경로와 어셈블리 게이지. 참고: 불투명 커튼의 사용은 권장 주변광, PSD의 노출을 방지 하기 위해 뿐만 아니라 환경을 보호 하기 위해 레이저 광선의 스 퓨 리 어스 반사.<ol>
<li>레이저 빔이 수직으로, 지시 물 탱크 아래 배치를 정렬 및 빔 초점.</li>
		<li>프레넬 렌즈 렌즈의 공기 흐름의 방해를 최소화 하기 위해 수 면 위에 가능한 높은 테스트 섹션 내의 위치입니다.</li>
		<li>반사 레이저 빔 실험 세션에서 계획 하는 극단적인 바람 조건 하에서 그것의 중앙 부분에 렌즈를 조회 수 다는 것을 확인 하십시오.</li>
		<li>마운트는 렌즈의 초점면에 정확 하 게 퍼지는 화면 다음 렌즈와 스크린의 가로 및 세로 맞춤을 확인 합니다.</li>
		<li>어떤 두 개의 평행 수직 레이저 광선에 퍼지는 화면 중심에 정확 하 게 칠 때 수 면은 아직도 다는 것을 확인 하십시오. 참고:이 테스트할 수 있습니다 서로에서 어떤 거리에 위치 하는 두 동일한 레이저를 사용 하 여.</li>
		<li>퍼지는 화면 전체 영역 검출기의 효과적인 지역 내가 PSD를 배치 합니다. 렌즈와 화면 사이의 실제 거리를 렌즈 설정을 조정 하 여 PSD 렌즈의 초점을 수행 합니다.</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. 교정 및 센서의 운영
<ol><li>
웨이브 게이지의 교정
	<ol>
<li>각 측정 위치 및 각 최대 바람 속도 실험 실행에 대 한 웨이브 계기 캘리브레이션을 수행 합니다.<ol>
<li>평균 수 위 감지 와이어의 길이 중간 약 센서의 수직 위치를 설정 합니다.</li>
			<li>원하는 값으로 송풍기 속도 설정 하 고 수 있도록 충분히 긴 시간 (2-3 분) 동안 꾸준히 날 려 바람.</li>
			<li>수동으로 조정 하는 오실로스코프를 사용 하 여, 감성, 이득 및 오프셋 되도록 높은가 머리 및 파 필드에서 예상 낮은 구 유에 해당 하는 전압 값 범위 내에 A/D의 컨디셔너 단위를 사용 하 여 웨이브 게이지의 컨버터 (± 10 V)입니다.</li>
			<li>물 표면 그대로 완전히 될 때까지 몇 분 동안 송풍기를 종료 합니다.</li>
			<li>잠긴된 길이 예상된 최대 크레스트 안에 파도 이동 하 여 여 물 값 수직으로 측정 확인 합니다.</li>
			<li>지정 된 깊이의 수에 계기를 잠수 하 고 5 중 평균 전압 출력을 기록 여전히 물에 주문 품 루틴을 사용 하 여 웨이브 게이지의 자동 보정을 수행 각 깊이 대 한 s.</li>
			<li>이차 교정 H(V), H 가 (즉각적인 표면 고도에 해당), 침수 깊이 게이지 출력 전압 V의 함수로 의존을 얻으려면 기록된 데이터에 다항식 적합.</li>
			<li>시각적으로 장착된 교정 다항식 (그림 3)의 품질을 확인 합니다.</li>
		</ol>
</li>
	</ol>
</li>
</ol><img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56480/56480fig3.jpg"> 그림 3입니다. 웨이브 게이지의 교정 곡선입니다. <a href="http://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/56480/56480fig3large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
<ol start="2"><li>
교정 및 LSG의 조정
	<ol>
<li>각 변위 센서 어셈블리의 후는 LSG의 성능을 확인 합니다.<ol>
<li>수평 유리 시트에 배치 하는 광학 쐐기 프리즘을 사용 하 여 알려진된 물 표면 기울기 시뮬레이션 광 축에 대해 레이저 빔 이탈.</li>
			<li>샘플 PSD 오실로스코프 또는 사용자 데이터 수집 프로그램을 사용 하 여 방산 화면에 자리 이탈된 레이저 빔 출력 합니다.</li>
			<li>빔 편향 각도 및 좌표 측정된 레이저 빔 자리 좌표;에서 경사 계산 알려진된 쐐기 각도와 결과 비교 합니다.</li>
			<li>하나 이상의 프리즘을 사용 하 여 여러 편향 각도 대 한 절차를 반복 합니다. 참고: 17.5 °까지 2.5 °에서 편향 각도와 쐐기 프리즘 사용 되었다; 퍼지는 화면 PSD의 부정합으로 인해 테스트가 실패 하면, 부정합 수정 PSD 수동으로 조정 합니다. 이 절차는 2D 수평 번역 단계와 레벨을 사용 하 여 수동으로 수행 하 고은 매우 시간이 소모.</li>
		</ol>
</li>
		<li>
PSD 및 교정 절차의 선형성의 확인
		<ol>
<li>퍼지는 화면에 투명 한 시트에 인쇄는 동등 하 게 간격된 격자 배치 하 고의 축, x 및 y정렬 아래와 바람 방향, 크로스 각각 방향 (그림 4). 참고: 격자 쉽게 편리 하 게 퍼지는 화면에 원하는 위치에 레이저 광선을 지시와 정확 하 게 프리즘의 세트를 사용 하 여 또는 따라 바람, 옆 바람 방향으로 퍼지는 화면 아래 레이저를 이동 합니다.</li>
			<li>프리즘의 세트를 사용 하 여 일정 한 방위 각도 유지 하면서 자리 방산 스크린에 레이저 광선의 여러 시선 위치를 수직 레이저 빔 편향. 참고: 1 cm의 해상도 7 cm의 최대 반경 9 방위 각의 각을 위해 사용 됩니다.</li>
			<li>레이저 자리 x에서 여러 위치로 이동-방향, y 를 유지 하면서 상수를 조정 하 고 y, 움직임의 방향을 변경 하 고 다음 x 일정 하 게 유지. 참고: 범위와 사용 하는 해상도 이전 섹션에서 비슷합니다.</li>
			<li>모든 교정에서에 약 50 포인트를 수집 합니다. 참고: 레이저 빔 자리 좌표 PSD에 의해 인수 하 고 PSD에 연결 하는 표준 2 채널 오실로스코프를 사용 하 여 평가.<ol>
<li>각 방향에 대 한 사용 선형 방산 화면의 해당 좌표에 PSD 센서에 레이저 광선의 좌표를 변환 하는 보정 계수를 산출 하는 데이터의 적합. 참고: PSD 교정의 예 그림 5에 테스트 섹션의 중심선을 따라 이동 하는 점 집합에 대 한 플롯 됩니다. 보정 계수는 센서의 응답 거의 모든 방향에서 동일 때 퍼지는 화면과 센서의 축이 제대로 정렬 됩니다. 그리드 방산 화면에 레이저 슬로프 좌표는 쉽게 결정을 수 있도록 교정 절차를 촉진 한다.</li>
			</ol>
</li>
		</ol>
</li>
	</ol>
</li>
</ol><img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56480/56480fig4.jpg"> 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 <a href="http://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/56480/56480fig4large.jpg" target="_blank">여기를 클릭 하십시오 이 그림의 확대 이미지 보기.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56480/56480fig5.jpg"> 그림 5입니다. PSD 보정 곡선. 그림의 PSD 변환 하는 적절 한 결과 산출 하는 좌표에 출력 하는 방법을 보여 줍니다. <a href="http://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/56480/56480fig5large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
3. 실험 절차 및 데이터 수집
참고: 다음 단계에서 사용 되는 사용자 인터페이스에 대 한 보충 그림 1 을 참조 하십시오.
<ol><li>사용자 프로그램 사용자 인터페이스를 사용 하 여 송풍기 주파수를 설정 합니다. 참고: 처음 그대로 물 표면에 바람 속도의 거의 stepwise 증가 적용, 소정의 기간에 대 한 꾸준한 공기 흐름 속도 의해 따라 (120 s), 그리고 거의 충 동적인 송풍기의 종료.</li>
	<li>필요한 송풍기 설정과 다른 꾸준한 바람 흐름 속도의 수를 결정 합니다.</li>
	<li>피토 튜브에서 검색 하는 동적 압력 변이의 예상된 범위를 압력 변환기 설정을 조정 합니다.</li>
	<li>각 현실화의 처음부터, 바람 그리고 물 표면 그대로 (미러 부드러운)은 다는 것을 확인 하십시오. 송풍기의 작동과 데이터 수집을 동기적으로 시작 합니다.</li>
	<li>즉각적인 표면 상승, 표면 기울기 구성 요소 따라 기록-옆 바람 방향에 피토 튜브 출력 평균 바람 속도 U, 모니터링 및 소정의 샘플 송풍기 컨트롤러에서 전압 변동 율 ( 300 Hz/채널 사용 되었다). 참고: 웨이브-게이지 프로그램 인수에서 전압 그림 3에서 제시 하는 맞춤에서 보정 계수를 사용 하 여 표면 높이를 자동으로 변환 됩니다.</li>
	<li>송풍기의 종료 후 부패 파 필드를 기록 하기 위해 충분 한 시간에 대 한 샘플링을 계속 합니다.</li>
	<li>완료 되 면 샘플링, 있는지 확인 하십시오 자동 실험 절차 (시스템)에 따라 충분 한 시간 동안 그대로 조건 다음 실행의 개시 이전에 수 면을가지고 있습니다.</li>
	<li>후속 처리를 위해 모든 기록 된 데이터를 저장 합니다.</li>
	<li>(보통 100 독립 실행 발견 충분) 현실화의 소정의 수를 수행 합니다.</li>
	<li>송풍기의 개시 이후 경과 시간의 기능으로 녹화 된 데이터의 앙상블 평균 매개 변수를 계산 합니다.</li>
	<li>테스트 섹션에서 선택 된 대상 바람 속도에 해당 하는 송풍기의 다음 설정에 대 한 전체 절차를 반복 합니다.</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>
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<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>

저자는 공개 없다.

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.
<p class="jove_cont...

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.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56480/56480fig1.jpg"> 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. <a href="http://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/56480/56480fig1large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
(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.
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56480/56480fig2.jpg"> 그림 2입니다. 회로도 보기 레이저 슬로프 게이지 (LSG)의. 1-레이저 다이오드; 2-프레넬 렌즈; 3-방산 스크린; 4-포지션 센서 탐지기 (PSD)입니다. <a href="http://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/56480/56480fig2large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
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.

<table><tbody><tr><td>PSD</td><td>THORLABS</td><td>PDP90A</td><td></td></tr><tr><td>레이저 다이오드</td><td></td><td></td><td>모든 레이저 포인터 &le; 200 mW</td></tr><tr><td>비구면 프레넬 렌즈</td><td>EDMUND OPTICS</td> <td># 46-390</td><td>직경 10.4 '', 초점 거리 9 ''</td></tr><tr><td>웨이브 게이지</td><td></td><td></td><td>맞춤형</td></tr><tr><td>압력 변환기</td><td>MAMAC SYSTEMS</td><td>PR-274-R2-VDC</td><td></td></tr><tr><td>신호 컨디셔너</td><td></td><td></td><td>맞춤형</td></tr><tr><td>확산 스크린</td><td>EDMUND OPTICS</td> <td># 02-147</td><td></td></tr><tr><td>물 탱크</td><td></td><td></td><td>맞춤형</td></tr><tr><td>A / D 카드 PCI-6221</td><td>National Instruments</td><td>779066-01</td><td></td></tr><tr><td>피토 튜브</td><td>KIMO Instruments</td><td>12971</td><td></td></tr><tr><td>15&deg; Nom. VIS-NIR 코팅, 웨지 프리즘</td><td>EDMUND OPTICS</td><td>#47-624</td><td></td></tr><tr><td>10°C; Nom. VIS 0&deg; 코팅, 쐐기 프리즘</td><td>EDMUND OPTICS#</td><td>49-444</td><td></td></tr><tr><td>2.5°C; Nom. 용융 실리카 웨지 프리즘 비코팅</td><td>EDMUND OPTICS#</td><td>84-863</td><td></td></tr><tr><td>4&deg; Nom. 비코팅, 웨지 프리즘</td><td>EDMUND OPTICS#</td><td>43-650</td><td></td></tr><tr><td>5.0&deg; Nom. 용융 실리카 웨지 프리즘 비코팅</td><td>EDMUND OPTICS#</td><td>84-865</td><td></td></tr><tr><td>LabView 전체 개발 시스템</td><td>국가 악기</td><td>776670-35</td><td></td></tr></tbody></table>

안정 하 고 시간 변화 바람 강요 아래 바람 파도 탱크에서 파도의 측정

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

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.

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 <em...

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.

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

이 실험 절차의 전반적인 목표는 연구 중인 파도의 공간적, 시간적 진화와 시간에 따른 바람의 강제력을 특징짓는 다양하고 신뢰할 수 있는 통계적 매개변수를 축적할 수 있도록 하는 것입니다. 이 방법은 바람에 의한 물파의 여기(excitation)를 제어하는 메커니즘을 명확히 할 수 있습니다. 이러한 메커니즘은 아직 이해되지 않았습니다.바람 입력의 적절한 모델링은 파도 기후 예측에 필수적입니다. 이 기술의 주요 장점은 완전히 자동화되고 컴퓨터로 제어된다는 것입니다. 실험 절차는 다양한 공정 및 풍파 발생을 연구하기 위해 쉽게 조정할 수 있습니다.실험은 파도 탱크 위의 폐쇄 루프 풍동으로 구성된 이 시설에서 이루어집니다. 이것은 시설 및 일부 기능에 대한 개략도입니다. 기류의 방향은 화살표로 표시됩니다.수조는 길이 5m, 높이 1/2m, 너비 4/10m입니다. 탱크 측벽과 바닥은 알루미늄 프레임으로 지지되는 유리로 만들어졌습니다. 탱크의 한쪽 끝에 플랩과 파동 발생기가 있습니다.플랩은 테스트 영역에 들어갈 때 기류 단면을 부드럽게 확장하고 거리 측정을 위한 참조 역할을 합니다. 파동 에너지 흡수 장치는 탱크의 반대쪽 끝에 있습니다. 이것은 해변을 형성하는 데 사용되는 다공성 포장재로 구성됩니다.탱크 위에는 악기를 담을 수 있는 이동식 캐리지가 있습니다. 실험을 위해 탱크를 20cm 깊이까지 채우고 캐리지를 수동으로 정밀하게 하여 기기가 원하는 인출 위치에 있도록 합니다. 다음으로, 실험을 위해 몇 가지 도구를 준비합니다.공기 흐름의 중심에 도달할 수 있는 피토 튜브가 있어야 합니다. 또한 컴퓨터로 제어되는 수직 스테이지에 장착된 웨이브 게이지가 있어야 합니다. 캐리지를 사용하여 테스트 섹션의 공기 흐름 중앙에 피토 튜브를 장착합니다.그런 다음 캐리지에 웨이브 게이지를 장착합니다. 다음으로, 레이저 경사 게이지 부품으로 작업합니다. 이들은 레이저 다이오드, 프레넬 렌즈, 확산 스크린 및 정밀 감지 검출기로 구성됩니다.물 탱크 아래의 원하는 입구에 레이저 다이오드를 정렬합니다. 빔을 수직으로 위쪽으로 향하게 합니다. 빔은 웨이브 게이지에서 약 7cm 떨어져 있어야 합니다.프레넬 렌즈와 확산 스크린을 배치한 후 진행하기 전에 레벨을 사용하여 렌즈와 스크린의 수평 및 수직 정렬을 확인하십시오. 렌즈 설정을 렌즈와 화면 사이의 실제 거리로 조정합니다. 웨이브 게이지를 보정하려면 센서의 수직 정밀도를 설정하십시오.평균 수위는 감지 와이어 길이의 대략 중간에 있어야 합니다. 송풍기 속도를 원하는 수준 중 하나로 설정하고 2-3분 동안 바람이 꾸준히 불도록 합니다. 바람이 불면 오실로스코프에서 웨이브 게이지의 신호를 모니터링합니다.감도, 게인 및 오프셋을 수동으로 조정하여 가장 높은 크레스트와 가장 낮은 골에 해당하는 전압 값이 AD 컨버터 범위 내에 있는지 확인합니다. 완료되면 송풍기를 끄고 수면이 방해받지 않을 때까지 기다립니다. 실험 실행에서 예상되는 각 측정 위치와 최대 풍속에 대해 보정 단계를 반복합니다.이제 레이저 경사 게이지를 보정합니다. 이를 위해 투명 지지대에 광학 쐐기 프리즘을 사용하십시오. 오실로스코프에서 정밀 감지 감지기의 출력을 보고 보정을 확인합니다.다른 프리즘을 사용하여 여러 편향 각도에 대해 이 작업을 반복합니다. 다시 한 번, 프리즘을 사용하여 수직 레이저 빔을 편향시킵니다. 이 경우, 빔을 확산 스크린의 방사형 위치로 편향시킵니다.일정한 방위각을 유지하면서 여러 프리즘을 사용하여 이 작업을 수행합니다. 각 위치에 대해 정밀 감지 감지기의 출력을 오실로스코프에 기록합니다. 완료되면 Y 좌표를 일정하게 유지하면서 레이저 스폿을 X 방향의 여러 위치로 이동하여 데이터를 수집합니다.Y 위치를 이동하고 X 좌표를 일정하게 유지하면서 동일한 단계를 반복합니다. 원하는 수량을 기록하기 위해 데이터 수집 시스템을 준비합니다. 실험을 시작하려면 바람이 없는지 확인하십시오.물 표면은 매끄럽고 방해받지 않아야 합니다. 송풍기를 활성화하고 동시에 데이터 수집을 시작합니다. 이 실험에서는 200초 동안 꾸준한 힘을 적용합니다.시간이 지남에 따라 시스템은 안정적인 상태를 달성합니다. 오실로스코프를 사용하여 수집 중인 데이터를 표시합니다. 다음은 지표면 경사 데이터의 예입니다.왼쪽은 바람이 불고 오른쪽은 측풍이 불었습니다. 결론적으로 송풍기를 끄고 감쇠하는 파동장을 기록하기 위해 데이터를 계속 수집합니다. 계속하기 전에 물이 방해받지 않는 상태로 돌아갈 때까지 충분한 시간을 허용하십시오.각 깨달음에서 세 가지 뚜렷한 단계를 식별할 수 있습니다. 송풍기의 시작과 함께 초기 파도 성장. 일정한 바람의 힘 하에서 준 안정된 풍파 장, 그리고 송풍기 폐쇄에 따른 파도의 붕괴.충동적인 바람의 힘 하에서 파동의 수많은 독립적인 실현이 기록되었습니다. 또한 시료 평균화는 블로어 시작 순간과 관련된 시간 함수로 결과를 제공합니다. 다음은 시간 함수로 나타낸 순간 지표면 고도의 RMS 값에 대한 데이터입니다.데이터는 플랩에서 120cm 떨어진 곳에서 세 가지 다른 풍속으로 수집되었습니다. 평형 준정상 상태 특성 파동 진폭은 풍속에 따라 증가합니다. 참고로, quasi-steady-state 값을 구하는 데 걸리는 시간은 속도에 따라 달라지지 않는 것으로 보입니다.서로 다른 fetch 값과 동일한 세 가지 풍속에 대한 데이터는 유사한 동작을 보여줍니다. 이 플롯은 순간 지표면 표고를 위한 것입니다. 플랩에서 220cm, 플랩에서 340cm.동일한 데이터를 사용하여 풍속의 일정한 목표 값에 대한 특징적인 파동 진폭을 탐색합니다. 초당 6.5미터에 대한 이 플롯은 대표적이며 페치에 따라 증가하는 표면 고도의 RMS 값의 평형 값을 보여줍니다. 이 실험은 또한 표면 경사면의 RMS 하향풍 및 측풍 구성 요소를 측정합니다.이러한 데이터는 120cm와 340cm의 두 가지 가져오기 값에 대한 것입니다. 목표 풍속이 초당 6.5미터이고 목표 풍속이 초당 10.5미터입니다. 송풍기를 끄면 표면 경사 구성 요소와 함께 특징적인 파동 진폭이 인출과 독립적으로 약 1분에 걸쳐 감소합니다.일단 숙달되면 이 절차를 사용하여 한 번 깨닫는 데 약 8분이 걸립니다. 100개의 실현을 누적하려면 단일 바람 목표 속도와 고정 가져오기에 대해 약 13시간의 연속 실험이 필요합니다. 이 절차를 시도하는 동안 물은 증발하므로 때때로 보충해야 한다는 점을 기억하는 것이 중요합니다.개발 후 이 기술은 정량적 조사, 파도 및 꾸준한 바람 강제를 위한 길을 열었습니다. 비디오를 시청한 후에는 불안정하고 불균일한 바람-파동장에서 정량적 결과를 얻을 수 있는 방법을 잘 이해하게 될 것입니다.

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Research

연구

JoVE Journal

Engineering

공학

Measuring of waves in a wind-wave tank under steady and time-varying wind force 하에서 파도 측정

증발에 대기 강제력의 효과를 연구하기 위해 작은 기후 제어 풍동에 인터페이스 토양 탱크의 설계 및 구성에 대한 프로토콜이 제시된다. 토양 탱크 및 풍동 모두 환경 조건 인 시츄 측정을위한 연속적인 센서 기술로 계측된다.

증발에 대기 강제력의 효과를 탐구 : 대기 경계층과 얕은 표면 하의의 실험 통합

여기에서는 난류에서 불안정한 표면 압력을 높은 공간 해상도로 측정하는 프로토콜을 제시합니다. 이 방법은 RMP(Remote Microphone Probe)의 구성과 주파수에 따른 복잡한 전달 함수의 결정을 보여줍니다. 동적 응답에 대한 분석적 결정이 제시되고 검증됩니다.

원격 프로브를 사용하여 마이크 비정상 면압 측정

임 펠 러 샤프트 회전 중 작동 토크를 통해 촉발된 bioreactors에서 전원 입력을 측정할 수 있습니다. 이 원고는 효과적으로 기계 물개에서 관찰 하는 마찰 손실을 줄이고 소규모 선박에 전원 입력된 측정의 정확도 향상 하는 어 베어링을 사용 하는 방법을 설명 합니다.

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형상의 앙금 침대 층 류에서 난 류 흐름에 기능으로 하나의 구슬의 초기 입자 모션을 특성화에 대 한 두 가지 방법은 제공 됩니다.

시각적으로 일반 기판의 초기 입자 동작의 특성을 기반으로: 층 류 난 류 조건 하에서

여기, 우리는 프로토콜 수정된 연기 흐름 시각화 기술을 사용 하 여 델타 날개에 불안정 회전력 흐름을 관찰 하 고 조사 메커니즘 앞 가장자리와 동 고장 위치의 진동에 대 한 책임을 제시.

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여기에 설명 된 기술을 동시에 입자 운동학 및 낮은 입자 농도와 흐름에 난 기류를 측정 하는 저렴 한 가격과 상대적으로 간단한 방법을 제공 합니다. 기류 입자 이미지 velocimetry (PIV)을 사용 하 여 측정 되 고 입자 운동학 겹치는 분야-중-보기에서 고속 카메라로 얻은 이미지에서 계산 됩니다.

난 류와 흐름 이미징 기술을 사용 하 여 입자 운동학의 동시 측정

전단 셀은 전단 속도 - 속도 구배 평면에서 소각 중성자 산란 측정을 위해 개발되고 복잡한 유체를 특성화하기 위해 사용된다. 속도 구배 방향으로 공간 분해 측정 전단 밴딩 물질을 연구 할 수 있습니다. 응용 프로그램은 콜로이드 분산의 조사, 폴리머 솔루션, 자기 조립 구조를 포함한다.

1-2 평면 흐름 - 작은 각 중성자 산란을 이용하여 재료 미세 조직에서 유량을 측정

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열 전력 (thermopower) 파도의 연구에서 화학 연료 및 다중 벽 탄소 나노 튜브의 하이브리드 복합 재료의 제조 및 평가

박막의 확산 그라데이션 (DGT)의 기술은 플루토늄의 분화 연구에 대한 제안한다. 이 프로토콜은 유기물의 존재 하에서 우레탄 (IV) 및 우레탄 (V)의 동작을 프로빙 확산 실험을 설명한다. 카르스트 봄에 배치 DGTs는 푸의 생체 이용률의 평가를 할 수 있습니다.

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이 글에서, 실험 프로토콜을 제시 마모에 따라 환경 풍화에 따라 제품의 입자 에어로졸을 조사합니다. 에어로졸의 형태로 설계 나노 물질의 방출에 결과가 표시됩니다. 구체적인 실험 장치를 상세히 설명한다.

실험 프로토콜 마모에서 환경 풍화에서 제품의 입자 에어로졸을 조사하기

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안정 하 고 시간 변화 바람 강요 아래 바람 파도 탱크에서 파도의 측정

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