Medições das ondas num tanque de ondas vento sob vento constante e variáveis no tempo forçando

O objetivo geral deste procedimento experimental é permitir o acúmulo de diversos parâmetros estatísticos confiáveis que caracterizam a evolução espacial e temporal das ondas de água em estudo e a força do vento dependente do tempo. Este método pode esclarecer o mecanismo que governa a excitação das ondas de água pelo vento. Esses mecanismos ainda não são compreendidos.

A modelagem adequada da entrada de vento é essencial para a previsão do clima das ondas. A principal vantagem dessa técnica é que ela é totalmente automatizada e controlada por computador. O procedimento experimental pode ser facilmente ajustado para estudar uma ampla variedade de processos e geração de ondas de vento.

Os experimentos acontecem nesta instalação, que consiste em um túnel de vento de circuito fechado acima de um tanque de ondas. Este é um esquema da instalação e de algumas de suas características. A direção do fluxo de ar é indicada por setas.

O tanque tem cinco metros de comprimento, 1/2 metro de altura e 4/10 de metro de largura. As paredes laterais e o piso do tanque são feitos de vidro suportado por uma moldura de alumínio. Há um flap e um gerador de ondas em uma extremidade do tanque.

A aba expande suavemente a seção transversal do fluxo de ar à medida que entra na área de teste e serve como referência para medições de distância. Um absorvedor de energia das ondas está na extremidade oposta do tanque. Consiste em materiais de embalagem porosos usados para formar uma praia.

Há um carro móvel acima do tanque para segurar os instrumentos. Para o experimento, encha o tanque até uma profundidade de 20 centímetros e faça a precisão manual do carro para que os instrumentos estejam na busca desejada. Em seguida, prepare alguns dos instrumentos para o experimento.

Tenha um tubo de Pitot que possa atingir o centro do fluxo de ar. Além disso, tenha um medidor de onda montado em um estágio vertical controlado por computador. Use o carro para montar o tubo de Pitot no centro do fluxo de ar da seção de teste.

Em seguida, monte o medidor de ondas no carro. Em seguida, trabalhe com uma peça de medidores de inclinação a laser. Estes consistem em um diodo laser, uma lente Fresnel, uma tela difusiva e um detector de detecção de precisão.

Alinhe o diodo laser na busca desejada abaixo do tanque de água. Direcione o feixe verticalmente para cima. O feixe deve estar a cerca de sete centímetros do medidor de onda.

Depois de posicionar a lente Fresnel e a tela difusiva, use um nível para verificar o alinhamento horizontal e vertical da lente e da tela antes de prosseguir. Ajuste a configuração da lente para a distância real entre a lente e a tela. Para calibrar o medidor de onda, defina a precisão vertical do sensor.

O nível médio da água deve estar aproximadamente no meio do comprimento do fio sensor. Defina a velocidade do soprador para um dos níveis desejados e deixe o vento soprar continuamente por dois a três minutos. À medida que o vento sopra, monitore o sinal do medidor de ondas em um osciloscópio.

Ajuste manualmente a sensibilidade, o ganho e o deslocamento para garantir que os valores de tensão correspondentes à crista mais alta e à calha mais baixa estejam na faixa do conversor AD. Quando terminar, desligue o soprador e espere até que a superfície da água não seja perturbada. Repita as etapas de calibração para cada local de medição e velocidade máxima do vento esperada na execução experimental.

Agora, calibre o medidor de inclinação do laser. Para isso, use um prisma de cunha óptica em um suporte transparente. View a saída do detector de detecção de precisão em um osciloscópio para verificar a calibração.

Use prismas diferentes para repetir isso para vários ângulos de deflexão. Mais uma vez, use um prisma para desviar o feixe de laser vertical. Neste caso, desvie o feixe para uma posição radial na tela difusiva.

Faça isso com vários prismas, mantendo um ângulo azimutal constante. Para cada posição, registre a saída do detector de detecção de precisão no osciloscópio. Quando terminar, colete dados movendo o ponto do laser para várias posições na direção X, mantendo a coordenada Y constante.

Repita as mesmas etapas movendo a posição Y e mantendo a coordenada X constante. Prepare o sistema de aquisição de dados para registrar as quantidades desejadas. Para iniciar o experimento, certifique-se de que não haja vento.

A superfície da água deve ser lisa e imperturbável. Ative o soprador e inicie a aquisição de dados ao mesmo tempo. Para este experimento, aplique força constante por 200 segundos.

Com o tempo, o sistema alcançará um estado estacionário. Use o osciloscópio para exibir os dados à medida que são coletados. Este é um exemplo dos dados de inclinação da superfície.

A favor do vento à esquerda, vento cruzado à direita. Na conclusão, desligue o soprador e continue a coletar dados para registrar o campo de ondas em decaimento. Dê tempo suficiente para que a água retorne a um estado não perturbado antes de continuar.

Em cada realização, três estágios distintos podem ser identificados. O crescimento inicial da onda com o início do soprador. O campo de ondas de vento quase constante sob força constante do vento e o decaimento das ondas após o desligamento do soprador.

Numerosas realizações independentes do campo de ondas sob força impulsiva do vento foram registradas. E a média da amostra fornece resultados em função do tempo em relação ao instante de iniciação do soprador. Aqui estão os dados para os valores RMS da elevação instantânea da superfície em função do tempo.

Os dados foram obtidos a 120 centímetros do retalho e para três diferentes velocidades de vento. A amplitude da onda característica de equilíbrio quase-estacionário aumenta com a velocidade do vento. Observe que o tempo para obter o valor de estado quase estacionário não parece depender da velocidade.

Os dados para diferentes valores de busca e as mesmas três velocidades do vento mostram um comportamento semelhante. Esses gráficos são para elevações instantâneas da superfície. 220 centímetros do retalho e 340 centímetros do retalho.

Use os mesmos dados para explorar as amplitudes de onda características para um valor alvo constante da velocidade do vento. Este gráfico, para 6,5 metros por segundo, é representativo e demonstra os valores de equilíbrio dos valores RMS da elevação da superfície aumenta com a busca. O experimento também fornece medições dos componentes RMS a favor do vento e do vento cruzado da inclinação da superfície.

Esses dados são para dois valores da busca, 120 centímetros e 340 centímetros. Para uma velocidade do vento alvo de 6,5 metros por segundo, e também para uma velocidade do vento alvo de 10,5 metros por segundo. Desligue o soprador e a amplitude de onda característica junto com os componentes da inclinação da superfície decaem em cerca de um minuto, independentemente da busca.

Uma vez dominado, uma única realização usando este procedimento leva cerca de oito minutos. O acúmulo de 100 realizações requer cerca de 13 horas de experimento contínuo para uma única velocidade alvo do vento e uma busca fixa. Ao tentar este procedimento, é importante lembrar que a água evapora e deve ser reabastecida de tempos em tempos.

Após seu desenvolvimento, essa técnica abriu caminho para a investigação quantitativa de ondas de água e força de vento constante. Depois de assistir ao vídeo, você deve ter uma boa compreensão de como os resultados quantitativos em campos de ondas de vento instáveis e não homogêneos podem ser obtidos.