立波波压力实验

中国石油大学海洋环境实验报告

实验日期： 2013.12.12 成绩：

班级： 学号： 姓名： 教师： 刘志慧 同组者：

具体实验内容：格式样板如下，字体均用宋体。

立波波压力测定实验

一、实验目的与要求

1.从波浪理论可知，波浪正向入射到光滑不透水直墙时，反射波与入射波的 波要素绝对值 相等，两者完全迭加产生稳定的立波。

2.掌握立波波高测量方法；了解立波特性及产生的条件；掌握 反射 系数和波压力的测量方法，培养学生的实际动手能力和通过 实验手段 验证波压力计算方法的能力。 二、实验内容

1.入射波 高 测量；

2.立波 波高 测量及计算 反射系数 ；

3.观察立波 波腹及波节 出现的位置并作好记录；

4.在直立墙上沿 高程 布置压力传感器，测量波压力分布。 三、实验原理

立波的特性是 波周期T 和 波长L 不变， 波高H 增加一倍，相应的 波压力 也大大增加。 1.反射系数的计算：

若测量入射波高为i H ，测量立波波高为r H ，则反射系数r K 的计算公式为:r K =r H /i H 2.波压力的理论计算：

波压力沿水深的分布是不同的。由波浪理论可知，波压力：

)cos()

()}({)21(θρρh k ch h z k ch H g z g Pz ⋅+⋅⋅⋅+⋅⋅-=

式中：ρ— 水密度；

g — 重力加速度；.

k — 波数；

θ— 相位角；

h — 静水水深；

z — 水面下深度。

波压力呈周期性变化，其最大值为波峰时的压力+z P ，最小值为波谷时的压力-z P ；另一方面波压力又是水面下深度z 的函数。

3.水下动态波压力传感器线性输出，水压P 与电压U 的关系为：

U

P *2=注意:此处水压、电压单位均为国际单位

四、实验设备

1. 浪高仪 1支；

2. 压力传感器 1只；

3. 有机玻璃板 1块；

4. 固定夹 2只；

5. 量测系统 1套

6.其他： 卷尺 、 秒表 五、实验准备、方法与步骤

1.准备：要准备有机玻璃板，其宽度应与水槽宽相适应(要能将板放入水槽为准)，作为直立防波堤，沿高度方向每隔 3cm 钻一个孔作为安装压力传感器用，板的长度要适度。

2.对浪高仪进行标定，求出标定系数K 。 标定是在静水中进行的。

（1）先将波高仪传感器端放入水中大约1／2，作为 零水位线 ，将显示仪表 调零 。

（2）然后依次上提传感器 1cm ，每次都记录波高仪传感器上提高度Fi 与仪表读数hFi ，直到上升3～4cm ，返回 零水位处 。

（3）依上法再每次下降传感器 1cm ，记录波高仪下放高度Ei 与仪表读数hEi ；下降3～4cm 后，再返回 零水位处 。

（4）然后根据每个高度处的波高仪读数求比例系数K ： K Ei =|E i /h Ei | 或 K Fi =|F i /h Fi | ；然后对二者取平均值，得到比例系数平均值K 。

注意：标定完成后，一定将波高仪测量器恢复到 零水线 位置。

3.测量并记录 静水深度h ；

4.将有机玻璃板放入水中，开启造波机，调节频率旋钮，造出合适的波，并形成立波。测量立波的波高，波周期，波长和波压力。 （1）利用波高仪测量立波的波高r H

读出波高仪上波峰与波谷对应的值，并记录二者的和r h （单位V ），则可算得波高： H=K*hr 。

（2）利用秒表测量立波周期r T

选定一个位置作为观察位置，测量连续数个波通过该位置所用的时间，求出每一个波的平均周期 1

-=

N T r 。 （3）利用卷尺测量立波波长r L

由于立波不具有向前传播的特性，因此 选定两个相邻的波峰 位置，并测量二者的距离，得到的便是立波波长r L 。

（4）利用水下动态波压力传感器和数据采集系统测量不同水深的波压力

a.开启数据采集系统，利用桥压给传感器供电24V ；设置采集通道的电压测量范围5000mV ；

b.将水下动态压力传感器至于 空气当中 ，此时对数据采集系统进行通道平衡，之后调零；

c.设置合适的采样频率20Hz-500Hz;本实验中采样频率设置的是 20Hz-500Hz

d.按下开始采集按钮，将水下动态压力传感器依次放入第一个孔中，第二个孔中，第三个孔

中，第四个孔中，第五个孔中，并采集不同水深处的波压力； e.采集结束按下停止采集按钮；

f.利用数据采集系统上的大步向前移选取采集得到的不同水深处的波压力，标注波压力的大小，并将数据另存为位图文件（最终得到5个水深处的带标注的位图文件）； 5.将有机玻璃板取出，测量 入射波 波高i H ，波周期i T 和波长i L ；

入射波 的波长具有向前传播的特点，在距离L ∆的两个位置处，观察波峰（或波谷），波浪向前推进时，记录同一个波峰经过前后两个位置的时间差T ∆，所以可得到入射波波长i i i T T

L

T C L ⋅∆∆=

⋅=，其中C 是波速； 6.实验结束，关闭造波机，将位图文件拷出，整理试验台，在老师签字之后离开。 六、实验数据处理（写出处理过程）（共40分） 1.波高传感器标定系数K = 4.11*10-5

波浪过程线（伏特）米波高⋅=K )(

静水深度h 0.217 米。

入射波：波周期i T = 2.43 秒，波长i L = 3.45 米，波高i H = 0.07767 米。

立波：波周期i T = 2.45 秒，波长i L = 3.45 米，波高i H = 0.0751 米。

波高传感器标定系数K 的计算：

平均值i

E K =（3.3+4.0+3.9）*10-5

/3=3.73*10-5

平均值i

F K =(4.95+3.95+4.55)*10-5

/3=4.48*10-5

=+=）（Fi Ei K K K *5.0 0.5*（|3.73|+|4.48|）=4.11*10

-5

将计算结果列入表一 入射波3.14454

.14337.14893.14473.1411-=+++-

=Ei

h m

计算同上计算方法与、r Er F Fi h h h ,将所得数据填入表2中。