Измерения волн в цистерне заставляя устойчивый и времени ветер Ветер волны

Общая цель данной экспериментальной методики состоит в том, чтобы обеспечить накопление различных достоверных статистических параметров, характеризующих пространственную и временную эволюцию изучаемых водных волн и зависящее от времени воздействие ветра. С помощью этого метода можно выяснить механизмы, которые управляют возбуждением водных волн ветром. Эти механизмы до сих пор не изучены.

Правильное моделирование прихода ветра имеет важное значение для прогнозирования волнового климата. Основное преимущество этой техники заключается в том, что она полностью автоматизирована и управляется компьютером. Экспериментальная методика может быть легко скорректирована для изучения широкого спектра процессов и генерации ветровых волн.

Эксперименты проводятся на этой установке, которая представляет собой аэродинамическую трубу с замкнутым контуром над волновым резервуаром. Это схема объекта и некоторые его особенности. Направление воздушного потока обозначено стрелками.

Танк имеет длину пять метров, высоту 1/2 метра и ширину 4/10 метра. Боковые стенки и пол бака выполнены из стекла с опорой на алюминиевую раму. На одном конце бака имеется заслонка и генератор волн.

Заслонка плавно расширяет поперечное сечение воздушного потока при входе в испытательную зону и служит ориентиром для измерения расстояния. Поглотитель волновой энергии находится на противоположном конце бака. Он состоит из пористых упаковочных материалов, используемых для формирования пляжа.

Над танком имеется подвижная каретка для хранения приборов. Для эксперимента наполните бак на глубину 20 сантиметров и вручную точно установите каретку, чтобы инструменты были в нужном месте. Далее подготовьте некоторые инструменты для эксперимента.

Иметь трубку Пито, которая может доставать до центра воздушного потока. Кроме того, располагают волновым датчиком, который монтируется на вертикальном столике, управляемом компьютером. Используйте каретку для установки трубки Пито в центре воздушного потока испытательного участка.

Затем установите волнемер на каретку. Далее приступаем к работе с лазерным уклоном детали. Они состоят из лазерного диода, линзы Френеля, диффузионного экрана и прецизионного детектора.

Выровняйте лазерный диод в нужном месте ниже резервуара для воды. Направьте луч вертикально вверх. Луч должен находиться примерно в семи сантиметрах от волнового датчика.

После установки линзы Френеля и диффузионного экрана используйте уровень, чтобы проверить горизонтальное и вертикальное выравнивание линзы и экрана, прежде чем продолжить. Отрегулируйте настройку объектива в соответствии с фактическим расстоянием между объективом и экраном. Чтобы откалибровать волшебный датчик, установите вертикальную точность датчика.

Средний уровень воды должен находиться примерно посередине длины измерительного провода. Установите скорость вентилятора на один из желаемых уровней и дайте ветру равномерно дуть в течение двух-трех минут. Когда дует ветер, следите за сигналом волнового датчика на осциллографе.

Вручную отрегулируйте чувствительность, усиление и смещение, чтобы убедиться, что значения напряжения, соответствующие наивысшему пику и нижней впадине, находятся в диапазоне действия АЦП. Когда закончите, выключите воздуходувку и подождите, пока поверхность воды не станет нетронутой. Повторите шаги калибровки для каждого места измерения и максимальной скорости ветра, ожидаемой в экспериментальном прогоне.

Теперь откалибруйте лазерный уклономер. Для этого используют оптическую клиновую призму на прозрачной подставке. Просмотрите выходные данные прецизионного детектора на осциллографе, чтобы проверить калибровку.

Используйте разные призмы, чтобы повторить это для нескольких углов отклонения. Опять же, используйте призму для отклонения вертикального лазерного луча. В этом случае отклоните луч в радиальное положение на диффузионном экране.

Делайте это с помощью нескольких призм, сохраняя постоянный азимутальный угол. Для каждого положения запишите выходной сигнал прецизионного детектора на осциллографе. Когда закончите, соберите данные, переместив лазерное пятно в несколько положений в направлении X, сохраняя постоянную Y-координату.

Повторите те же шаги, перемещая положение Y и сохраняя постоянную X-координату. Подготовьте систему сбора данных для записи желаемых количеств. Чтобы начать эксперимент, убедитесь, что нет ветра.

Водная поверхность должна быть ровной и нетронутой. Активируйте воздуходувку и начните сбор данных одновременно. Для этого эксперимента примените постоянное усилие в течение 200 секунд.

Со временем система достигнет устойчивого состояния. Используйте осциллограф для отображения данных по мере их сбора. Это пример данных об уклоне поверхности.

Слева по ветру, справа по боковому ветру. В заключение выключите воздуходувку и продолжайте собирать данные для записи затухающего волнового поля. Дайте достаточно времени, чтобы вода вернулась в спокойное состояние, прежде чем продолжить.

В каждой реализации можно выделить три различные стадии. Начальная волна роста с запуском воздуходувки. Квазистационарное ветрово-волновое поле при постоянном воздействии ветра и затухание волн после выключения воздуходувки.

Зафиксированы многочисленные независимые реализации волнового поля при воздействии импульсного ветра. А усреднение образцов дает результаты в зависимости от времени относительно момента запуска воздуходувки. Ниже приведены данные для среднеквадратичных значений мгновенной отметки поверхности в зависимости от времени.

Данные были получены в 120 сантиметрах от закрылка и для трех разных скоростей ветра. Равновесная квазистационарная амплитуда характеристической волны увеличивается со скоростью ветра. Обратите внимание, что время получения квазистационарного значения, по-видимому, не зависит от скорости.

Данные для разных значений выборки и одинаковых трех скоростей ветра демонстрируют схожее поведение. Эти графики предназначены для мгновенных отметок поверхности. 220 сантиметров от створки, и 340 сантиметров от створки.

Используйте те же данные для исследования характеристических амплитуд волн для постоянного целевого значения скорости ветра. Этот график для скорости 6,5 метров в секунду является репрезентативным и демонстрирует равновесные значения среднеквадратичных значений увеличения высоты поверхности с выборкой. В эксперименте также проведены измерения среднеквадратичных составляющих уклона поверхности с подветренной и боковой ветрой.

Эти данные относятся к двум значениям выборки: 120 сантиметров и 340 сантиметров. Для целевой скорости ветра 6,5 метров в секунду, а также для целевой скорости ветра 10,5 метров в секунду. Выключите воздуходувку, и характерная амплитуда волны вместе с поверхностными компонентами уклона угаснет в течение примерно одной минуты независимо от выборки.

После освоения одна реализация с использованием этой процедуры занимает около восьми минут. Накопление 100 реализаций требует около 13 часов непрерывного эксперимента для одной целевой скорости ветра и фиксированной выборки. Пытаясь выполнить эту процедуру, важно помнить, что вода испаряется, и ее следует время от времени пополнять.

После своего развития этот метод открыл путь к количественному исследованию водных волн и устойчивого воздействия ветра. После просмотра видео у вас должно быть хорошее понимание того, как можно получить количественные результаты на нестационарных и неоднородных полях ветровых волн.