立波波壓力測定實驗報告

1、精品大學海洋工程環(huán)境實驗報告實驗日期：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(chǎn)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(shù)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(shù)； 觀察立波波腹及波節(jié)出現(xiàn)的位置并做

2、好記錄； 在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(shù)K、a、b 。感謝下載載精品 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 H r ，然后計算反射系數(shù)。 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：Pz=- ·g·z1ch k zh2·g·H·cos ch k ? h式中：水密度；g 重

3、力加速度；k波數(shù)； 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(jié)果傳感 器的 標 定： 壓力傳感 器標 定系 數(shù) a =5327.8， b =-6044.5（ Pa Ub）波高傳感器標定系數(shù)K = 4.14 （物理波高 H K h ，h 為波浪過程線波高/V ）；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 =

4、6.38厘米。 實驗數(shù)據(jù)感謝下載載精品表 1波高儀標定記錄表波峰波谷入水深 Ei /cm波高儀讀數(shù) hEiK E i出水深 Fi /cm波高儀讀數(shù) hFiK Fi000010.234.351-0.24-4.1720.484.172-0.48-4.0830.734.113-0.72-4.1140.994.044-0.97-4.08K Ei平均值4.17K Fi平均值-4.11K EiK Fi平均值 K4.142表 2壓力傳感器標定水深 Z/cm波壓力 Pz h/Pa電壓 U /mV系數(shù) a系數(shù) bz1-22.522051.690z2-17.517151. 5914949.5-6159.7z3-1

5、2.512251.5065326.1-6796.1z4-7.57351.4075194.3-6573.4系數(shù) a,b 平均值5156.6-6509.7表 3 波高記錄表1234平均入hEi0.190.160.180.170.175感謝下載載精品射hFi波hihEihFiH iK hi （ cm ）hEr立hFrhrhEr hFr波H rKhr （ cm ）反射系數(shù) K rH r / H i-0.36-0.34-0.37-0.35-0.3550.550.500.550.520.532.282.072.282.152.191.010.951.071.101.03-0.49-0.53-0.51-0.

6、50-0.511.501.481.581.601.546.216.136.546.626.382.722.962.873.082.91由以上數(shù)據(jù)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 Pz1307.86411787.3662320.1462426.702( Pza U m axb)測定值 Pz721.

7、8061254.351734.0881840.644( Pza U minb)(2) 理論值計算感謝下載載精品由公式 PZ- g z1g H ch k zh cos 可以算出不同位置處的壓力值，2ch kh記錄于表 5 波壓力記錄表。(3) 波壓力和靜波壓力沿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感謝下載載精品圖 3水深為 0.065m 處波壓力波形圖圖 4水深為 0.115 m 處波壓力波形圖感謝下載載精品圖 5水深為 0.165m 處波壓力波形圖圖 6水深為 0.215m 處波壓力波形圖(5) 畫出波幅、波節(jié)圖，并說明

8、為什么圖 7 波幅波節(jié)位置圖感謝下載載精品h/a21.510.50-2-1.75-1.5-1.25-1-0.75-0.5-0.25-0.5 0x/L-1-1.5-2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(shù)，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。所以波腹波節(jié)的位置如上所示。三、實驗結(jié)果分析、討論（ 1）由波壓力實測結(jié)果與理論計算結(jié)果表 5 波壓力記錄表實驗組次1234Z /m-

9、0.065-0.115-0.165-0.215測定值 Pz/Pa1307.8641787.3662320.1462426.702測定值 Pz/Pa721.8061254.5861734.0881840.644理論計算 Pz/Pa939.41424.351932.302424.72感謝下載載精品理論計算 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(jié)果可知，實驗值和理論值存在一定的誤差，出現(xiàn)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小；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(xiàn)場的干擾又比較多， 所以對所測數(shù)據(jù)有比較大的影響；由于上述誤差， 使得在計算