立波波壓力測定實驗報告材料

1、大學海洋工程環(huán)境一實驗報告實驗日期： 2011年5月16日成績：班級：學號：姓名：教師：同組者：立波波壓力測定實驗一、實驗目的與基本原理1. 實驗目的通過實驗增加學生對立波的感性認識， 了解波浪反射的工作特性，從波浪理 論可知波浪正向入射到光滑不透水直墻時，反射波與入射波的波要素絕對值相 等，兩者完全疊加產生穩(wěn)定的立波。立波的特性是周期T和波長L不變，波高H 增加一倍，相應的波壓力也大大增加。要求學生學會反射系數和波壓力的測量方 法，培養(yǎng)學生的實際動手能力和通過實驗手段驗證波壓力計算方法的能力。2. 實驗原理入射波高測量；立波波高測量及計算反射系數； 觀察立波波腹及波節(jié)出現的位置并做好記錄；在

2、直立墻上沿高程布置壓力傳感器，測量波壓力分布 。二、實驗1. 實驗過程 準備:準備一塊木板，其寬度應與水槽寬相適應，作為直立防波堤，沿高度方向每隔5cm鉆一個孔作為安裝壓力傳感器用，板的長度要適應。 對波高儀和壓力傳感器進行標定，求出各自的標定系數K、a、b在沒有放置板的條件下，測量入射波高為Hi，然后放入再測量立波波高為Hr，然后計算反射系數。波壓力測量：波壓力沿水深的分布是不同的，有波浪理論可知，波壓力:式中：I1, ch k z hPz=- p g z + p g H cos 02ch k?hp水密度；g重力加速度；k波數；0相位角；h靜水水深；z水面下深度。但是波壓力呈周期性變化，其最

3、大值為波峰時的壓力Pz+，然后與計算值比較繪出壓力沿水深分布與靜水壓力分離出來得到波峰和波谷時波浪動水壓力沿水深的分布曲線。2. 實驗結果傳感器的標定：壓力傳感器標定系數a = 5327.8，b= -6044.5（P a U b）波高傳感器標定系數K = 4.14 （物理波高H K h，h為波浪過程線波高N）；入射波：波周期T = 2.181 秒，波長L =3.149 米，波高H= 2.19 厘米。立波：波周期T = 2.145 秒，波長L = 3.14 米，波高H = 6.38 厘米。實驗數據表1波高儀標定記錄表波峰波谷入水深Ei /cm波咼儀讀數hEiKEi出水深R/cm波咼儀讀數hFiK

4、Fi00一00一10.234.351-0.24-4.1720.484.172-0.48-4.0830.734.113-0.72-4.1140.994.044-0.97-4.08K巳平均值4.17KFi平均值-4.11KEiK Fi平均值K 4.142表2壓力傳感器標定水深Z /cm波壓力Pzh /Pa電壓U /mV系數a系數bZ1-22.522051.690Z2-17.517151.5914949.5-6159.7Z3-12.512251.5065326.1-6796.1Z4-7.57351.4075194.3-6573.4系數a,b平均值5156.6-6509.7表3波高記錄表1234平均入

5、hEi0.190.160.180.170.175射波hFi-0.36-0.34-0.37-0.35-0.355hihEi|hFi|0.550.500.550.520.53Hi K h(cm)2.282.072.282.152.19立波hEr1.010.951.071.101.03hFr-0.49-0.53-0.51-0.50-0.51hrhEr|hFr|1.501.481.581.601.54H r K hr ( cm)6.216.136.546.626.38反射系數Kr Hr /Hi2.722.962.873.082.91由以上數據可以看出，入射波的波高比立波的波高差很多，實際上應該是立波波

6、高是入射波波高的2倍，造成此原因可能是波高儀的位置不在波腹處而在其 他處。表4波壓力記錄表實驗組次1234Z /cm-0.065-0.115-0.165-0.215U max/mV1.381.471.571.59U min /mV1.271.371.461.48測定值Pz(Pza Umax b )1307.86411787.3662320.1462426.702測定值Pz(Pza Umin b )721.8061254.351734.0881840.644(2)理論值計算由公式Pzg z 2 g H chCrhLcos可以算出不同位置處的壓力值,記錄于表5波壓力記錄表。(3)波壓力和靜波壓力沿

7、水深分布的曲線圖圖1波壓力沿水深分布的曲線圖圖2靜波壓力沿水深分布的曲線圖(4)不同水深時波壓力波形圖圖3水深為0.065m處波壓力波形圖水深為0.065m處波壓力波形圖00.511,522.5315圖4 水深為0.115 m處波壓力波形圖W水深為0.115m處波壓力波形圖t/sl.SOECO1.4SE*001.46E+001.44E*001.42E*001.40E-001.38E+0D1.3GE*00134E+00圖5 水深為0.165m處波壓力波形圖曇水深為0.165 m處波壓力波形圖1.44E+00t/s00.511.522.53圖6水深為0.215m處波壓力波形圖W水深為0.215m處

8、波壓力波形圖1.62E+00 -3(5)畫出波幅、波節(jié)圖，并說明為什么圖7波幅波節(jié)位置圖原因：波腹位于距擋板0、L/2、L處；波節(jié)位于距擋板L/4、3L/4、5L/4處 因為，向右推進的波和向左推進的波波幅，波數，波頻相同僅僅是方向相反。向 右推進的波和向左推進的波的波面方程相加后得到立波波面方程，其中向左推進的波是向右推進波的鏡像，其兩者初始相位相差n。所以波腹波節(jié)的位置如上所 示。三、實驗結果分析、討論(1)由波壓力實測結果與理論計算結果表5波壓力記錄表實驗組次1234Z /m-0.065-0.115-0.165-0.215測定值FZ /Pa1307.8641787.3662320.146

9、2426.702測定值FZ /Fa721.8061254.5861734.0881840.644理論計算Fz /Fa939.41424.351932.302424.72理論計算Pz /Pa576.71824.601293.431441.40波峰實驗誤差0.390.250.200.00波谷實驗誤差0.250.520.340.27(2)實驗誤差分析由記錄表中所計算的結果可知，實驗值和理論值存在一定的誤差，出現誤差 的原因可能是： 波高儀的位置不是波腹處，而是接近波節(jié)處，使得測出的立波波高比入射 波還??； 入射波并不能完全反射，所以所測得的立波周期與波長與入射波比有些不 同； 壓力傳感器比較靈敏，而現場的干擾又比較多，所以對