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

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.