Sürekli ve zaman değişen Rüzgar zorlama altında bir rüzgar dalga Tank dalgalar ölçümleri

Bu deneysel prosedürün genel amacı, incelenen su dalgalarının mekansal ve zamansal evrimini ve zamana bağlı rüzgar kuvvetini karakterize eden çeşitli güvenilir istatistiksel parametrelerin birikimini sağlamaktır. Bu yöntem, su dalgalarının rüzgarla uyarılmasını yöneten mekanizmayı açıklığa kavuşturabilir. Bu mekanizmalar henüz anlaşılamamıştır.

Rüzgar girdisinin uygun şekilde modellenmesi, dalga iklimi tahmini için çok önemlidir. Bu tekniğin temel avantajı, tam otomatik ve bilgisayar kontrollü olmasıdır. Deneysel prosedür, çok çeşitli proses ve rüzgar dalgası üretimini incelemek için kolayca ayarlanabilir.

Deneyler, bir dalga tankının üzerinde kapalı devre bir rüzgar tünelinden oluşan bu tesiste gerçekleştiriliyor. Bu, tesisin ve bazı özelliklerinin bir şemasıdır. Hava akış yönü oklarla gösterilir.

Tank beş metre uzunluğunda, 1/2 metre yüksekliğinde ve bir metrenin 4/10'u genişliğindedir. Tank yan duvarları ve zemini, alüminyum bir çerçeve ile desteklenen camdan yapılmıştır. Tankın bir ucunda bir flap ve dalga jeneratörü bulunmaktadır.

Kanat, test alanına girerken hava akışı kesitini düzgün bir şekilde genişletir ve mesafe ölçümleri için bir referans görevi görür. Tankın karşı ucunda bir dalga enerjisi emici bulunur. Bu, bir plaj oluşturmak için kullanılan gözenekli ambalaj malzemelerinden oluşur.

Aletleri tutmak için tankın üzerinde hareketli bir araba vardır. Deney için, tankı 20 santimetre derinliğe kadar doldurun ve aletlerin istenen getirme noktasında olması için taşıyıcıyı manuel olarak hassaslaştırın. Ardından, deney için bazı aletleri hazırlayın.

Hava akışının merkezine ulaşabilen bir Pitot tüpüne sahip olun. Ek olarak, bilgisayar kontrollü bir dikey sahneye monte edilmiş bir dalga ölçere sahip olun. Pitot tüpünü test bölümünün hava akışının merkezine monte etmek için taşıyıcıyı kullanın.

Ardından, dalga ölçeri taşıyıcıya monte edin. Ardından, bir lazer eğim ölçer parçasıyla çalışın. Bunlar bir lazer diyot, bir Fresnel lens, bir difüzif ekran ve bir hassas algılama dedektöründen oluşur.

Lazer diyotu su tankının altında istenen getirme noktasına hizalayın. Işını dikey olarak yukarı doğru yönlendirin. Işın, dalga ölçerden yaklaşık yedi santimetre uzakta olmalıdır.

Fresnel lensi ve difüzif ekranı yerleştirdikten sonra, devam etmeden önce lensin ve ekranın yatay ve dikey hizalamasını kontrol etmek için bir seviye kullanın. Lens ayarını, lens ile ekran arasındaki gerçek mesafeye ayarlayın. Dalga ölçeri kalibre etmek için sensörün dikey hassasiyetini ayarlayın.

Ortalama su seviyesi, algılama telinin uzunluğunun yaklaşık olarak ortasında olmalıdır. Üfleyici hızını istenen seviyelerden birine ayarlayın ve rüzgarın iki ila üç dakika boyunca sabit bir şekilde esmesine izin verin. Rüzgar estikçe, dalga göstergesinin sinyalini bir osiloskopta izleyin.

En yüksek tepe ve en düşük oluğa karşılık gelen voltaj değerlerinin AD dönüştürücü aralığında olduğundan emin olmak için hassasiyeti, kazancı ve ofseti manuel olarak ayarlayın. İşiniz bittiğinde, üfleyiciyi kapatın ve su yüzeyi bozulmayana kadar bekleyin. Deneysel çalışmada beklenen her ölçüm konumu ve maksimum rüzgar hızı için kalibrasyon adımlarını tekrarlayın.

Şimdi, lazer eğim ölçeri kalibre edin. Bunun için şeffaf bir destek üzerinde optik bir kama prizması kullanın. Kalibrasyonu kontrol etmek için hassas algılama dedektörünün çıkışını bir osiloskopta görüntüleyin.

Bunu birkaç sapma açısı için tekrarlamak için farklı prizmalar kullanın. Bir kez daha, dikey lazer ışınını saptırmak için bir prizma kullanın. Bu durumda, ışını difüzif ekran üzerinde radyal bir konuma saptırın.

Sabit bir azimut açısını korurken bunu birkaç prizma ile yapın. Her konum için, hassas algılama dedektörünün çıkışını osiloskopa kaydedin. İşiniz bittiğinde, lazer noktasını Y koordinatını sabit tutarak X yönünde birden çok konuma hareket ettirerek veri toplayın.

Y konumunu hareket ettirerek ve X koordinatını sabit tutarak aynı adımları tekrarlayın. İstenen miktarları kaydetmek için veri toplama sistemini hazırlayın. Deneye başlamak için rüzgar olmadığından emin olun.

Su yüzeyi pürüzsüz ve bozulmamış olmalıdır. Üfleyiciyi etkinleştirin ve aynı anda veri toplamaya başlayın. Bu deney için 200 saniye boyunca sabit kuvvet uygulayın.

Zamanla, sistem kararlı bir duruma ulaşacaktır. Verileri toplanırken görüntülemek için osiloskopu kullanın. Bu, yüzey eğimi verilerine bir örnektir.

Solda rüzgar yönü, sağda çapraz rüzgar. Sonunda, üfleyiciyi kapatın ve bozunan dalga alanını kaydetmek için veri toplamaya devam edin. Devam etmeden önce suyun bozulmamış bir duruma dönmesi için yeterli zaman tanıyın.

Her gerçekleştirmede, üç farklı aşama tanımlanabilir. Üfleyicinin başlamasıyla ilk dalga büyümesi. Sürekli rüzgar zorlaması altında yarı sabit rüzgar dalgası alanı ve üfleyicinin kapatılmasını takiben dalgaların bozulması.

Dürtüsel rüzgar kuvveti altında dalga alanının çok sayıda bağımsız gerçekleşmesi kaydedildi. Ve numune ortalaması, üfleyici başlatma anına göre zamanın bir fonksiyonu olarak sonuçlar sağlar. İşte zamanın bir fonksiyonu olarak anlık yüzey yüksekliğinin RMS değerleri için veriler.

Veriler, kanattan 120 santimetre uzakta ve üç farklı rüzgar hızı için alındı. Denge yarı kararlı durum karakteristik dalga genliği rüzgar hızı ile artar. Not: Yarı kararlı durum değerini elde etme süresi hıza bağlı gibi görünmemektedir.

Farklı getirme değerleri ve aynı üç rüzgar hızı için veriler benzer davranış gösterir. Bu grafikler anlık yüzey yükseklikleri içindir. Kanattan 220 santimetre ve kanattan 340 santimetre.

Rüzgar hızının sabit bir hedef değeri için karakteristik dalga genliklerini keşfetmek için aynı verileri kullanın. Bu grafik, saniyede 6.5 metre için temsilidir ve getirme ile artan yüzey yüksekliğinin RMS değerlerinin denge değerlerini gösterir. Deney ayrıca yüzey eğiminin RMS rüzgar yönü ve çapraz rüzgar bileşenlerinin ölçümlerini de sağlar.

Bu veriler, getirmenin 120 santimetre ve 340 santimetre olmak üzere iki değeri içindir. Saniyede 6,5 metrelik bir hedef rüzgar hızı ve ayrıca saniyede 10,5 metrelik bir hedef rüzgar hızı için. Üfleyiciyi kapatın ve karakteristik dalga genliği, yüzey eğimi bileşenleri ile birlikte, getirme işleminden bağımsız olarak yaklaşık bir dakika içinde bozulur.

Bir kez ustalaştıktan sonra, bu prosedürü kullanan tek bir gerçekleştirme yaklaşık sekiz dakika sürer. 100 gerçekleşmenin birikimi, tek bir rüzgar hedef hızı ve sabit bir getirme için yaklaşık 13 saatlik sürekli deney gerektirir. Bu prosedürü denerken, suyun buharlaştığını ve zaman zaman yenilenmesi gerektiğini unutmamak önemlidir.

Geliştirilmesinden sonra, bu teknik kantitatif araştırma su dalgaları ve sabit rüzgar zorlamasının yolunu açtı. Videoyu izledikten sonra, kararsız ve homojen olmayan rüzgar dalgası alanlarında nicel sonuçların nasıl elde edilebileceğini iyi anlamış olmalısınız.