立波波压力测定实验报告材料

1、大学海洋工程环境实验报告实验日期：2011年5月16日成绩：班级： 学号： 姓名： 教师： 同组者： 立波波压力测定实验一、实验目的与基本原理1. 实验目的通过实验增加学生对立波的感性认识， 了解波浪反射的工作特性，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，两者完全叠加产生稳定的立波。立波的特性是周期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。要求学生学会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。2. 实验原理入射波高测量；立波波高测量及计算反射系数； 观察立波波腹及波节出现的位置并做好记录

2、；在直立墙上沿高程布置压力传感器，测量波压力分布 。二、实验1. 实验过程 准备：准备一块木板，其宽度应与水槽宽相适应，作为直立防波堤，沿 高度方向每隔5cm钻一个孔作为安装压力传感器用，板的长度要适应。对波高仪和压力传感器进行标定，求出各自的标定系数K、a、bo在没有放置板的条件下，测量入射波高为H，然后放入再测量立波波高 为H，然后计算反射系数。波压力测量：波压力沿水深的分布是不同的，有波浪理论可知，波压力：-1. ch<k(z + h» f 、Pz=- p g Z + p g H -cos 92ch(kh)式中：P水密度；g重力加速度；k波数；9相位角；h静水水深；z水面

3、下深度。但是波压力呈周期性变化，其最大值为波峰时的压力PZ+，然后与计算值比较绘出压力沿水深分布与静水压力分离出来得到波峰和波谷时波浪动水压力沿 水深的分布曲线。2. 实验结果传感器的标定：压力传感器标定系数a = 5327.8， b = -6044.5（P U b）波高传感器标定系数K = 4.14（物理波高H二K巾，h为波浪过程线波高N）；入射波：波周期T = 2.181 秒，波长L =3.149 米，波高H = 2.19 厘米。 立波：波周期T = 2.145 秒，波长L = 3.14 米，波高H = 6.38 厘米。实验数据表1波高仪标定记录表波峰波谷入水深Ei /cm波咼仪读数hEi

4、KEi出水深Fi/cm波咼仪读数hFiKFi00一00一10.234.351-0.24-4.1720.484.172-0.48-4.0830.734.113-0.72-4.1140.994.044-0.97-4.08KEi平均值4.17KFi平均值-4.11平均值Keh KFiK -一 4.142表2压力传感器标定水深Z /cm波压力Pz = Th /Pa电压U /mV系数a系数bZi-22.522051.690Z2-17.517151.5914949.5-6159.7Z3-12.512251.5065326.1-6796.1Z4-7.57351.4075194.3-6573.4系数a,b平均

5、值5156.6-6509.7表3波高记录表1234平均入射波hEi0.190.160.180.170.175hFi-0.36-0.34-0.37-0.35-0.355hi = hEi+ |hFi|0.550.500.550.520.53H j = K hj （ cm）2.282.072.282.152.19立波hEr1.010.951.071.101.03hFr-0.49-0.53-0.51-0.50-0.51hr ThEr+ |hFr|1.501.481.581.601.54H r = K hr （ cm）6.216.136.546.626.38反射系数Kr =H/Hi2.722.962.8

6、73.082.91由以上数据可以看出，入射波的波高比立波的波高差很多，实际上应该是立波波高是入射波波高的2倍，造成此原因可能是波高仪的位置不在波腹处而在其 他处。表4波压力记录表实验组次1234Z /cm-0.065-0.115-0.165-0.215U max /mV1.381.471.571.59U min /mV1.271.371.461.48测定值Pz+(Pz+ = a Umax +b )1307.86411787.3662320.1462426.702测定值Pz-(Pz_=a U min +b )721.8061254.351734.0881840.644(2)理论值计算1由公式PZ

7、 =-gz' g H2c,co-可以算出不同位置处的压力值,记录于表5波压力记录表。(3) 波压力和静波压力沿水深分布的曲线图图1波压力沿水深分布的曲线图徂波峰、波谷波压力沿水深分布图迥庐被峰一波谷Z/m图2静波压力沿水深分布的曲线图H3静波压力沿水深分布图(4) 不同水深时波压力波形图图3水深为0.065m处波压力波形图图4 水深为0.115 m处波压力波形图W水深为0,115m处波压力波形图图5水深为0.165m处波压力波形图水深为0.165 m处波压力波形图图6水深为0.215m处波压力波形图(5) 画出波幅、波节图，并说明为什么图7波幅波节位置图原因：波腹位于距挡板 0、L/2

8、、L 处；波节位于距挡板 L/4、3L/4、5L/4 处。因为，向右推进的波和向左推进的波波幅，波数，波频相同仅仅是 方向相反。向右推进的波和向左推进的波的波面方程相加后得到立波波面方程， 其中向左推进的波是向右推进波的镜像，其两者初始相位相差n。所以波腹波节的位置如上所示。三、实验结果分析、讨论(1)由波压力实测结果与理论计算结果表5波压力记录表实验组次1234Z /m-0.065-0.115-0.165-0.215测定值Pz* /Pa1307.8641787.3662320.1462426.702测定值Pz/Pa721.8061254.5861734.0881840.644理论计算pz+ /Pa939.41424.351932.302424.72理论计算Pz- /Pa576.71824.601293.431441.40波峰实验误差0.390.250.200.00波谷实验误差0.250.520.340.27(2)实验误差分析由记录表中所计算的结果可知，实验值和理论值存在一定的误差，出现误差 的原因可能是： 波高仪的位置不是波腹处，而是接近波节处，使得测出的立波波高比入射 波还小； 入射波并不能完全反射，所以所测得的立波周期与波长与入射波比有些不 同； 压力传感器比较灵敏，而现场的干扰又比较多，所以对所测数据