Summary
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.
Abstract
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.
Introduction
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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Protocol
1. 시스템 준비
- 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.
- 위치 원하는 인출에서 악기 운송입니다.
- 피토 튜브를 탑재 하 고 테스트 섹션 부분의 공기 흐름의 중심에 위치.
- 정적 교정 수 있도록 컴퓨터 제어 수직 단계에 웨이브 게이지를 탑재 합니다.
- 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.- 레이저 빔이 수직으로, 지시 물 탱크 아래 배치를 정렬 및 빔 초점.
- 프레넬 렌즈 렌즈의 공기 흐름의 방해를 최소화 하기 위해 수 면 위에 가능한 높은 테스트 섹션 내의 위치입니다.
- 반사 레이저 빔 실험 세션에서 계획 하는 극단적인 바람 조건 하에서 그것의 중앙 부분에 렌즈를 조회 수 다는 것을 확인 하십시오.
- 마운트는 렌즈의 초점면에 정확 하 게 퍼지는 화면 다음 렌즈와 스크린의 가로 및 세로 맞춤을 확인 합니다.
- 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. - 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.
2. 교정 및 센서의 운영
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웨이브 게이지의 교정
- 각 측정 위치 및 각 최대 바람 속도 실험 실행에 대 한 웨이브 계기 캘리브레이션을 수행 합니다.
- 평균 수 위 감지 와이어의 길이 중간 약 센서의 수직 위치를 설정 합니다.
- 원하는 값으로 송풍기 속도 설정 하 고 수 있도록 충분히 긴 시간 (2-3 분) 동안 꾸준히 날 려 바람.
- 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.
- 물 표면 그대로 완전히 될 때까지 몇 분 동안 송풍기를 종료 합니다.
- 잠긴된 길이 예상된 최대 크레스트 안에 파도 이동 하 여 여 물 값 수직으로 측정 확인 합니다.
- 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.
- 이차 교정 H(V), H 가 (즉각적인 표면 고도에 해당), 침수 깊이 게이지 출력 전압 V의 함수로 의존을 얻으려면 기록된 데이터에 다항식 적합.
- 시각적으로 장착된 교정 다항식 (그림 3)의 품질을 확인 합니다.
- 각 측정 위치 및 각 최대 바람 속도 실험 실행에 대 한 웨이브 계기 캘리브레이션을 수행 합니다.
그림 3입니다. 웨이브 게이지의 교정 곡선입니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
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교정 및 LSG의 조정
- 각 변위 센서 어셈블리의 후는 LSG의 성능을 확인 합니다.
- 수평 유리 시트에 배치 하는 광학 쐐기 프리즘을 사용 하 여 알려진된 물 표면 기울기 시뮬레이션 광 축에 대해 레이저 빔 이탈.
- 샘플 PSD 오실로스코프 또는 사용자 데이터 수집 프로그램을 사용 하 여 방산 화면에 자리 이탈된 레이저 빔 출력 합니다.
- 빔 편향 각도 및 좌표 측정된 레이저 빔 자리 좌표;에서 경사 계산 알려진된 쐐기 각도와 결과 비교 합니다.
- 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.
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PSD 및 교정 절차의 선형성의 확인
- 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. - 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. - 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. - 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.- 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.
- 각 방향에 대 한 사용 선형 방산 화면의 해당 좌표에 PSD 센서에 레이저 광선의 좌표를 변환 하는 보정 계수를 산출 하는 데이터의 적합.
- 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).
- 각 변위 센서 어셈블리의 후는 LSG의 성능을 확인 합니다.
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.
- 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. - 필요한 송풍기 설정과 다른 꾸준한 바람 흐름 속도의 수를 결정 합니다.
- 피토 튜브에서 검색 하는 동적 압력 변이의 예상된 범위를 압력 변환기 설정을 조정 합니다.
- 각 현실화의 처음부터, 바람 그리고 물 표면 그대로 (미러 부드러운)은 다는 것을 확인 하십시오. 송풍기의 작동과 데이터 수집을 동기적으로 시작 합니다.
- 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. - 송풍기의 종료 후 부패 파 필드를 기록 하기 위해 충분 한 시간에 대 한 샘플링을 계속 합니다.
- 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.
- 후속 처리를 위해 모든 기록 된 데이터를 저장 합니다.
- (보통 100 독립 실행 발견 충분) 현실화의 소정의 수를 수행 합니다.
- 송풍기의 개시 이후 경과 시간의 기능으로 녹화 된 데이터의 앙상블 평균 매개 변수를 계산 합니다.
- 테스트 섹션에서 선택 된 대상 바람 속도에 해당 하는 송풍기의 다음 설정에 대 한 전체 절차를 반복 합니다.
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Representative Results
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 U; 그러나, 기간 후 송풍기의 개시에 어떤 주어진된 x. U 강하게 의존 하지 않는 <η2>1/2 의 준 안정 가치를 달성 하기 위해 필요한 U 를 강제 바람의 일정 대상 값에 대 한 특성 파 진폭의 평형 값 가져오기 증가. <Η2>1/2 의 변화의 속도에 변화는 그림 6제안 단계로 바람 파도 성장에 존재 하는 명확 하 게 표시 하는 각 곡선에 식별 또한 note 프로세스입니다. downwind의 앙상블 평균 RMS 값 및 옆 바람 슬로프 구성 요소, <ηx2>1/2 및 <ηy2>1/ 2, 두 개의 인출 및 미국 바람 속도의 두 값에 대 한 그림 7 에 그려집니다
그것은 그림 6 과 그림 7 특성 시간 스케일의 두 표면 기울기 구성의 변화는 특히 표면 상승 변이의 해당 비늘 보다 짧은 비교에서 분명 하다. <Ηx2>1/2 와 <ηy2>1/2 의 준 안정 값이 동일한 크기 순서, 비록 특성 슬로프 옆 바람 방향에 따라 바람의 방향에 슬로프 보다 작은 수 있습니다. 이 결과 바람 파도 짧은 볏과 3 차원 나타냅니다. 준 안정 바람 강요 아래 양방향에서 특성 기울기 값 페치 x, 본질적으로 독립 하지만 바람 속도 미 증가 것 <Ηx2>1/2 의 초기 증가 지속적으로 고정된 x 와 U 에 대 한 두 개의 슬로프 구성 요소의 시간적 변화에 좀 더 가까이 계시 고 특히 <ηy2>1/2의 그것 보다 더 빨리. 따라서, 바람의 활성화와 함께 평온한 물 표면에 나타나는 초기 물결의 성장의 초기 단계, 그들은 약 2 차원으로 볼 수 있습니다. 이 단계는 1 초;의 일부분에만 지속 그럼에도 불구 하 고, 그것은 파 필드의 필수 세 특정 지연 개발을 강조 하는 것이 중요입니다.
송풍기의 셧다운은 그림 8과 같이 후 파 필드의 동작입니다. 파도 탱크에 남아 있는 부패 빨리, 효과적으로 약 1 분 후 사라지는.
그림 6입니다. 지상 고 각의 RMS의 시간적 변화. 그림에는 <η2>1/2 나타내는 특성 파도 높이의 변이의 시간의 척도에 따라 달라 집니다 대상 바람 속도 U x. 인출 하는 방법을 보여 줍니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 7입니다. Downwind/크로스-바람 표면 기울기 컴포넌트의 RMS의 시간과 함께 변화. 앙상블 평균 RMS 값의는 downwind 및 옆 바람 슬로프 구성 요소, <ηx2>1/2 와 <ηy2>1/2, 여기 플롯 됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 8입니다. 바람 파도 송풍기의 종료 후에 신청. 앙상블 평균 RMS 값은 downwind 및 옆 바람 슬로프 구성 요소, <ηx2>1/2 와 <ηy2>1/2는 그림 7에서 에서 두 인출 및 미국 바람 속도의 두 값에 대 한 플롯 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
보충 그림 1: 데이터 수집을 위한 맞춤식 소프트웨어 사용자 인터페이스. 이 파일을 다운로드 하려면 여기를 클릭 하십시오.
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Discussion
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.
참고 실험 실험실 웨이브에 풍 파 측정을 수행 하는 데 필요한 기간 탱크 시설의 크기가 크게 증가 합니다. 이것은 부분적으로 파 성장 단계의 기간 페치와 함께 증가 하기 때문에 ( 그림 6참조). 웨이브 길이 기간도 성장 인출17,21,,2324, 따라서 축적 통계 대표 데이터에 대 한 각에 실험의 기간 실행에 비해 오래 될 수 있다 해당 지배적인 파 기간입니다. 크게 현재 연구에 그 이상 인출에서 개별 현실화는 따라서 lengthier 하. 더욱 중요 한 어떤 실험 시설에 바람에 의해 흥분된 긴 파장은 탱크의 특성 길이 순서의. 따라서 더 큰 시설에 바람의 종료 후 탱크에 남은 잔여 파도 그들의 부패에 대 한 긴 시간을 필요로 합니다. 그대로 물 표면에 반환 하는 데 필요한 더 큰 풍 파 탱크에 연속 실행 사이의 간격 따라서 해야 될 우리의 실험에 6 분 간격 보다 오래.
위에서 설명한 일반적인 접근은 다양 한 조건을 강요 하는 안정과 불안정 바람에 대 한 적용할 수 있습니다. 이 원고에서 바람의 시간적 변화 공부 효과적으로 충 동적인 바람 강제와 셧다운에서 뿐만 아니라 꾸준한 바람 강요에서 정한 파 필드 데이터의 충분 한 시체의 축적의 목표와 함께 선정 되었다. 이 위해 수 면은 조용 하 고 평온한 각 실험 실행의 개시 이전 되도록 주의 했다. 각 반복에서 바람은 송풍기에 의해 거의 충 동적으로 시작한 다음 공기 속도 남아 충분히 긴 시간 (현재 실험에서 2 분), 후 송풍기 종료 일정. 이 접근 방식은 별도로 일시적으로 진화 바람 파 필드 처음 진정 물 표면에서 성장 하는 주어진된 술책과 바람 속도, 꾸준한 바람 강요, 아래 파도의 특성에 준 안정 상태로 공부 수 그리고 마지막으로 파도 바람 강요 갑자기 종료 되 면 감퇴
따라서 기간 아래로 진정을 포함 현재 연구에서 각 개별 현실화의 기간 8 분을 초과 합니다. 따라서, 단일 인출에 100 독립 실행 하 고 대상 바람 속도 최근 약 15 시간 (를 포함 하 여 파 게이지 교정 절차의 기간은) 실험 데이터에 누적 됩니다. 그것은 분명 그 같은 노력 성공에 대 한 그것 필수적입니다 자동으로, 즉 인간의 개입 없이 완전히 밖으로 전체 실험 절차를 수행할 수 있습니다.
그것은 이렇게 해야 스트레스를 모두 우리의 시설 및 완전 자동화 된 측정 및 교정 절차의 겸손 한 크기 채택 된 실험적인 접근의 구현을 위한 중요 한 했다. 정한 강제 아래 바람 파 필드 진화에 상세한 결과 나타납니다 미래에 다른, 그것은 명백한 그림 6, 그림 7, 그림 8 이전에 사용할 정보에서의 세부 사항에 좋은 바람 파도 진화는 현재 연구에서 축적 된. 이 정보 바람1,2,3,,45,24에 의해 파도의 흥분을 다루는 다른 이론적 모델을 확인 하기 위해 사용 됩니다.
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Disclosures
저자는 공개 없다.
Acknowledgments
이 작품은 이스라엘 과학 재단에 의해 지원 되었다 그랜트 # 306/15.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| PSD | THORLABS | PDP90A | |
| Laser Diode | any laser pointer ≤ 200 mW | ||
| Aspheric Fresnel Lens | EDMUND OPTICS | #46-390 | Diameter 10.4'', Focal length 9'' |
| Wave-gauge | custom made | ||
| Pressure Transducer | MAMAC SYSTEMS | PR-274-R2-VDC | |
| Signal Conditioner | custom made | ||
| Diffusive screen | EDMUND OPTICS | #02-147 | |
| Water tank | custome made | ||
| A/D card PCI-6221 | National Instruments | 779066-01 | |
| Pitot tube | KIMO Instruments | 12971 | |
| 15° Nom. VIS-NIR Coated, Wedge Prism | EDMUND OPTICS | #47-624 | |
| 10° Nom. VIS 0° Coated, Wedge Prism | EDMUND OPTICS | #49-444 | |
| 2.5° Nom. Fused Silica Wedge Prism Uncoated | EDMUND OPTICS | #84-863 | |
| 4° Nom. Uncoated, Wedge Prism | EDMUND OPTICS | #43-650 | |
| 5.0° Nom. Fused Silica Wedge Prism Uncoated | EDMUND OPTICS | #84-865 | |
| LabView Full Development System | National Instruments | 776670-35 |
References
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