波浪正向入射對(duì)斜坡作用實(shí)驗(yàn)

1、波浪正向入射對(duì)斜坡作用實(shí)驗(yàn)一、試驗(yàn)?zāi)康募耙饬x波浪正向入射對(duì)斜坡的作用力是海岸工程等方面常見的基礎(chǔ)問題。但因其作用機(jī)理相當(dāng)復(fù)雜，經(jīng)典波浪理論是基于不可壓縮理想流體的勢(shì)流理論，它反映的是波浪傳播過程中的表現(xiàn)，面對(duì)波浪對(duì)斜坡作用時(shí)發(fā)生的渦旋，摻氣、突變、分汊等復(fù)雜現(xiàn)象已經(jīng)不合適了。目前，我們無法根據(jù)現(xiàn)有理論建立數(shù)學(xué)力學(xué)方程精確求解，再加上對(duì)其作用機(jī)理沒有深刻的認(rèn)識(shí)，也難以應(yīng)用數(shù)值方法計(jì)算一般規(guī)律。所以國內(nèi)、外尚未見相關(guān)的研究成果，在此領(lǐng)域基本屬于一片空白，而工程實(shí)踐又急需理論指導(dǎo)，有必要對(duì)其進(jìn)行全面的試驗(yàn)研究。通過卷積波浪正向入射打擊斜坡的實(shí)驗(yàn)，分析波浪對(duì)斜坡的作用力分布及最大壓差分布。驗(yàn)理解“波壓

2、陡”的概念并擬合出經(jīng)驗(yàn)公式。二、試驗(yàn)條件試驗(yàn)是在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)30 m（長(zhǎng)）×05 m（寬）×1 m（高）水槽內(nèi)進(jìn)行的。采用推板式造波機(jī)造波，試驗(yàn)用傾斜斜坡應(yīng)用寬50 cm、厚10 mm 的塑料板制作，斜坡上傳感器在波峰波谷間多布置，安裝了8支壓力傳感器，用計(jì)算機(jī)采集和處理數(shù)據(jù)。根據(jù)當(dāng)天適時(shí)標(biāo)定顯示，量測(cè)系統(tǒng)最大相對(duì)誤差1% 。三、實(shí)驗(yàn)方案1、水深條件0.1<d/L <0.35式中，d為水深，L為波長(zhǎng)，屬于有限水深的范圍；2、波周期T= 0.8s、1.0s、1.2s、1.4s、1.6s3、波高D =6cm、8cm、10cm、12cm、14cm、4、采樣頻率f = 40

3、0 Hz；5、入射波向角 = 90°6、斜坡傾角 = 19°7、測(cè)量波周期、波高、水深、對(duì)斜坡的壓力、波浪在斜坡上的爬高等。四、實(shí)驗(yàn)步驟（一） 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備階段1、儀器的檢查對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備做檢查，確定能否正常工。如電腦、AD板、線路、信號(hào)放大器、壓力傳感器、供電電源等。接通8個(gè)傳傳感器線路，開啟電腦數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。對(duì)每一個(gè)傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并分析數(shù)據(jù)的正確性，以確定儀器是否連通及好壞。2、儀器的安裝由于在儀器檢查的時(shí)候發(fā)現(xiàn)部分原有安裝的傳感器已經(jīng)損壞，因此，要對(duì)損壞的壓力傳感器進(jìn)行更換。去掉已損壞的壓力傳感器部分線路，接通更換后的壓力傳感器，重新對(duì)8個(gè)壓力傳感器進(jìn)行編號(hào)，確保各線路

4、的正確連通?？紤]壓力傳感器的測(cè)量頻率及精度等因素，在每個(gè)傳感器線路上安裝一個(gè)100uF的電容，對(duì)采集數(shù)據(jù)的噪聲點(diǎn)進(jìn)行濾波處理。各壓力傳感器的線路連通及傳感器做相應(yīng)保護(hù)措施以后，重新對(duì)各個(gè)壓力傳感器做第一步的儀器檢查，確保線路準(zhǔn)確，各傳感器采集數(shù)據(jù)正常等。3、儀器的標(biāo)定儀器線路連通及采集數(shù)據(jù)正確的情況下，對(duì)各個(gè)傳感器進(jìn)行標(biāo)定。標(biāo)定的方法為：a) 打開電腦中壓力傳感器標(biāo)定系統(tǒng)；b) 將壓力傳感器探頭用橡皮管接到長(zhǎng)U型玻璃管一端，另一端與大氣壓連通；c) 在U型玻璃管里加水，保持U型玻璃管兩端的氣壓為大氣壓，密閉U型玻璃管接有壓力傳感器一頭，并對(duì)其加壓使U型玻璃管兩端保持一定的水位差，記錄水位差，等

5、待一段時(shí)間，觀察水位是否變化，確定U型玻璃管標(biāo)定系統(tǒng)不漏氣；d) 等待U型玻璃管兩端水位持平，記錄壓力傳感器0值（本實(shí)驗(yàn)以大氣壓為零點(diǎn)）；e) 改變壓力傳感器探頭一頭的氣壓，U型玻璃管兩端保持一定的水位差，結(jié)合系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集進(jìn)行標(biāo)定，加壓通常是等間距加壓，并且是從小到大，再從大到小的一個(gè)往返加減壓力過程。表1 各傳感器標(biāo)定時(shí)的K值傳感器編號(hào)1#2#3#4#5#6#7#8#K值編號(hào)K(0)K(1)K(2)K(3)K(4)K(5)K(6)K(7)K值0.83460.86570.81390.83380.91800.84040.83690.8344（二） 實(shí)驗(yàn)測(cè)量階段1、實(shí)驗(yàn)前儀器的校正壓力傳感器測(cè)量精

6、度較高，對(duì)傳感器擺放位置及大氣壓的變化反應(yīng)比較敏感。且因標(biāo)定時(shí)是套在橡皮管里且方向朝上和時(shí)間不同等因素，在準(zhǔn)備測(cè)量前應(yīng)對(duì)壓力傳感器進(jìn)行校正。校正的方法與前面壓力傳感器標(biāo)定時(shí)有所不同。在標(biāo)定的過程中，主要是通過測(cè)量數(shù)據(jù)來確定各個(gè)傳感器電壓值與壓力值的轉(zhuǎn)換關(guān)系，即定出對(duì)應(yīng)的斜率及初值。而在此階段，主要是標(biāo)定零點(diǎn)。因此，將壓力傳感器安裝到斜坡上以后，通過電腦數(shù)據(jù)采集，驗(yàn)證各個(gè)傳感器采集的數(shù)據(jù)是否接近零點(diǎn)，若不接近，則對(duì)相應(yīng)的傳感器初值進(jìn)行調(diào)整，直到各個(gè)傳感器采集到的數(shù)據(jù)在大氣壓力下接近零點(diǎn)為止。2、實(shí)驗(yàn)測(cè)量程序?qū)?shí)驗(yàn)各儀器校正好以后，將斜坡板放到水槽里，安置好后就可放水試水。在實(shí)驗(yàn)的過程中，實(shí)驗(yàn)條件

7、的各波要素是通過調(diào)節(jié)水深、造波機(jī)推行速度、造波機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)頻率等來控制的。根據(jù)實(shí)驗(yàn)方案，調(diào)節(jié)水深、造波機(jī)推行速度、造波機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)頻率，并觀察波浪在卷積打擊斜坡時(shí)的效果是否明顯。若不明顯，則要對(duì)造波機(jī)推行速度、造波機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)；若打擊明顯，則要查看打擊處，即卷積波下落打到斜坡處，是否正好打擊到壓力傳感器，可對(duì)水槽進(jìn)行放水或加水（增加或減小水深），來調(diào)節(jié)打擊點(diǎn)。以觀測(cè)到波浪斜向入射打擊斜坡時(shí)，壓力最大值。反復(fù)調(diào)節(jié)水深、造波機(jī)推行速度、造波機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)頻率等，觀測(cè)25組數(shù)據(jù)。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析（一）斜坡布置及結(jié)果圖 （二）實(shí)驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)1、流浪打擊斜坡時(shí)傳感器實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)2、流浪打擊斜坡后靜水壓力3、最大壓力分布圖3

8、、正向波壓力與負(fù)向波壓力分析圖T=0.86s, H=0.421m 時(shí)，各傳感器正向波壓力與負(fù)向波壓力圖。為A9，A10和A14組實(shí)驗(yàn)對(duì)比分析：T=1.1s, H=0.428m時(shí)，各傳感器正向波壓力與負(fù)向波壓力圖。為A3，A5，A6，A12，A21和A22組實(shí)驗(yàn)對(duì)比分析：T=1.25s, H=0.431m時(shí)，各傳感器正向波壓力與負(fù)向波壓力圖。為A2，A4，A7，A11，A16和A19組實(shí)驗(yàn)對(duì)比分析：T=0.93s, H=0.425m時(shí)，各傳感器正向波壓力與負(fù)向波壓力圖。為A13，A24，和A25組實(shí)驗(yàn)對(duì)比分析：4、正向波壓陡與負(fù)向波壓陡分析圖T=0.86s, H=0.421m 時(shí)，各傳感器正向波壓陡與負(fù)向波壓陡圖。為A9，A10和A14組實(shí)驗(yàn)對(duì)比分析：T=1.1s, H=0.428m時(shí)，各傳感器正向波壓力與負(fù)向波壓力圖。為A3，A5，A6，A12，A21和A22組實(shí)驗(yàn)對(duì)比分析：T=1.25