波浪要素与流场测量实验指导

波浪要素与流场测量实验指导

波浪要素的测量

一、试验时间：

二、实验地点：长沙理工大学水利实验中心实验大厅

三、实验人员：

四、实验仪器设备：水槽、造波机、防波堤模型、浪高仪、数据采集仪、秒表、米尺、照相机。

五、实验要求：

1、了解认知风浪槽结构，如图一所示，实验风浪水槽为40m（长）X 1m（高）X0.8m（宽），实际有效长度为37m。

图一 实验布置图

2、了解掌握风浪槽各个结构作用及操作流程

造波机：造波机在风浪的最前端，是制造波况的主要设备。按照设计要求可以制造规则波、椭圆波、不规则波、破碎波、孤立波、聚焦波。波况参数设置有：周期、波高、水深等等参数。

操作流程：严格按照造波机的开关机程序说明来执行。

效能网：在离造波机最远的地方，作用是减少多次反射。

3、了解测量仪器和采集仪器，并熟悉数据测量和采集

浪高仪：浪高仪为加拿大Richard Branker Research 公司生产的WG—50型。测量每个时刻波高的变化趋势：波高和周期。

采集系统：采集系统是武汉优泰软件有限公司生产的utelk采集系统T3232f以及北京东方振动和噪声研究所制造的INV306智能信号分析系统。

数据采集：浪高仪根据生产厂商的率定，导线与电源盒需要一一的对应连接，并且检查信号通信质量。浪高仪信号经过utelk采集系统转化为软件所能认识的信号，在电脑端进行采集。utelk采集系统设定根据实验数据需要进行设定，主要设定参数有：时间函数、通道标识、采集通道数、设备，描述、报警值、细化、频谱参数、分析频率、平均与谱线数、工程单位、校正因子、采集控制、频响函数、抗混滤波、程控放大、触发参数等等。

4、数据分析

熟练掌握实验所测电压值转化为工程值方法及步骤（浪高已经经过率定：20mv电压值对应1mm水深工程值），提高对数据的真伪判别能力。

学会根据两点法分离计算入射波与反射波波高。两点分离法的理论基础：见附页。

为了简捷，选择吴宋仁教授主编的《海岸动力学》p51方法。假设反射波是稳定，由于反射波具有和入射波相同的波长和周期，故在离模型x=n*L/2,n=0,1,2,3……,处出现最大波高Hmax=Hi+Hrf，在x=（2n-1）*L/4处出现最小波高：Hmin=Hi-Hrf。其中Hi为入射波，Hrf为反射波，反射系数为

Krf=Hrf/Hi。

根据计算转化的工程值，图表及文字分析水力要素随波况变化的趋势，主要是反射系数随波高、波周期、波长、水深等要素的变化趋势。

5、上交实验报告及数据分析结果。

6、培养动手能力，提高对实验的兴趣。

六、实验内容

实验每个组实验选择两个水深，每个水深选择三个周期、三个波高进行实验。实验波况选取：实验水深选取设计水位450mm，设计高水位500mm，设计低水位400mm；波况周期为

1s、1.2s、1.5s；波高选取为100mm，120mm，140mm。

波长试算公式为：

式中：L——波长

——平均周期

g——重力加速度

d——水深

表示。

当d时，1.0，为深水波，其波长用L

波长计算如下表

波长（m）

周期 水深400mm450mm500mm

1.0s 1.46298 1.49151 1.51221

1.2s 1.93526 1.99682

2.04728

1.5s

2.61450 2.72640 2.82500

使用VDMS进行流场测量

运行VDMS.exe。

注：此时轮廓和岛屿数据应该已经准备好，并按上述方法（4.1.V）输入到Contour.ini 中，并把此文件放在VDMS.exe的当前目录下。

1 实时图像的显示与调节

1.1 实时图像的播放与停止

点击工具栏上的图像播放键（

），即可在当前摄像通道下实时显示图像。点击工具栏上的图像停止

播放键（

），即可停止对摄像信号的实时显示。

1.2 实时图像的亮度、对比度和阈值

在实时图像显示的时候，点击工具栏左边的视频栏，（

）可切换摄像通道，以达到对各个摄像通道显示的图像进行调整。

工具栏的右边设有图像的亮度、对比度以及图像阈值键。在要调整的摄像通道下，点击亮度、对比度以及图像阈值键，按增加键（键上为＋）快速增加键（键上为×）以增加值，按减小键（键上为－）或快速减小键（键上为/）以减小值。场地的光线变化会对系统实时采集的图像产生影响，故在采集工作中应根据光线变化及时调整图像。亮度和对比度的调整将作用于各摄像通道所显示图像，而各摄像通道所显示图像阈值的调整是独立的。阈值的调整应尽量清晰显示流场中的粒子。

2 参数设置

参数设置包括图像采集、摄像输入设置和相关与插值参数。

2.1 图像采集参数

在菜单中点击设置，再点击系统参数，在其对话框中点击图像采集。

系统对图像采样间隔（缺省值为0，图像连续采样；大于0时，按设置

的数字跳帧采样）和图像采样帧数（缺省值为8，该参数太大则测量时间长，太小则测量精度降低，最小值为2）缺省值满足大部分测流情况，建议不作修改，除非流场特殊（流速极大或极小）并且用户准确了解该参数的含义。小球颜色是指此次流场测量中示踪粒子的颜色。

采样方式是针对本公司的老款系统（最多控制6个摄像终端）同步性差的特点而设置的软件优化参数。对于使用16（或8）个摄像终端的新款用户，视频采集卡和摄像终端的硬件同步性好，该优化功能不再起作用，因此不需要做任何设置。

本系统具备单路采样、多路采样和自动采样三种采样方式：

单路采样仅对当前摄像进行图像的采集和分析，因此对当前摄像

的图像采集是按照设定的图像采样间隔和图像采样帧数连续采集

一定数目的图像。

多路采样对系统中的所有摄像终端进行图像的采集和分析，它的

图像采样间隔和图像采样帧数的设置同上。

自动采样是一系列定时的多路采样过程。

采样周期是自动采样时每两次采样的间隔时间；采样次数是自动采样时一次试验的总采样次数；流场文件名是自动采样时保存的流场文件名的前半部分，例如：如果给定文件名为Velocity，则自动采样时第一次采样得到的流场文件为Velocity001.vmf，第二次的为

Velocity002.vmf，…以此类推；如果给定文件名已经存在，为了防止文件意外丢失，系统会在保存文件时自动在给定的文件名前加上copy 的字样，文件序列从001开始编码，所有的文件保存在当前目录下。

2.2 摄像输入设置

根据摄像系统的实际情况，在系统参数对话框中点击视频输入设置，选择相应的视频信号，其中视频信号01不能撤消。