中国石油大学立波波压力实验

中国石油大学海洋环境实验报告实验日期：成绩：班级：学号：姓名：教师：同组者：_每空1分，共10分。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2015一、实验目的与要求.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。.掌握立波波高测量方法；了解立波特性及产生的条件；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.入射波高测量；.立波波高测量及计算计算反射系数;.观察立波波腹及波节出现的位置并作好记录；.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。.反射系数的计算：若测量入射波高为Hi,测量立波波高为Hr,则反射系数Kr的计算公式为：K=H/Hi.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：-ch(k(zh)}Pz=--gz(—):,gHcos。)ch(kh)式中：P—水密度;g—重力加速度；.k—波数；6一相位角；h—静水水深；z一水面下深度。波压力呈周期性变化，其最大值为波峰时的压力Pz+,最小值为波谷时的压力Pz-;另一方面波压力又是水面下深度z的函数。四、实验设备.浪高仪1支；.压力传感器1只；.有机玻璃板1块；.固定夹2只；.数据采集系统；.造波造流水槽。五、实验准备与步骤.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。.测量并记录静水深度h；.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Hr(2)利用秒表测量立波周期Tr(3)利用卷尺测量立波波长Lr(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5.实验结束，关闭造波机，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，包含相应表格、反射系数的计算、分析等，其中波压力的计算要求给出算例）（共40分）静水深度h0.235米。入射波：波周期Ti=1.819秒,波长|尸2.74米,波高H=0.01882米。立波：波周期T=1.72秒，波长|=2.43米,波高H=0.06975米。反射系数：Kr=H/Hi=0.06975/0.01882=3.7波高记录表1234平均入h日0.0515220.0509080.0513280.0502770.05101射hFi0.0320620.0319990.0324530.0322610.03219波hi=hEi-hFi0.019460.0189090.0188750.0180160.01882立hEr0.2790.2800.2780.2790.279波hFr0.2080.2110.2090.2090.20925hr=hEr-hFr0.0710.0690.0690.0700.06975

波压力记录表实验组次123456Z/m-0.055-0.085-0.115-0.145-0.175-0.205测定值P+/Pa75810021311158219262204测定值P/Pa15838072099513531614理论计算P+/Pa857.79591141.9981428.061715.9362005.5872296.989理论计算P/Pa220.2041524.0022825.93961126.0641424.4131721.011波峰实验15.13%12.26%8.20%7.81%3.97%4.05%波谷实验28.25%27.48%12.83%11.64%5.01%6.22%波压力理论值算例（以第一组数据为例）：根据波压力的理论计算公式ch{k(zh)}Pz=—Pg.z+(-)p-gH.一一--cos(>ch(kh)其中p=1000kg/m32g=9.8m/sH=0.06975mk=2兀/L=2.586h=0.235m波峰处cos(0)=1,波谷处cos(0)=-1oPz+=-1000*9.8*(-0.055)+0.5*1000*9.8*0.06975*ch[2.586*(-0.055+0.265)]/ch(2.586*0.235)=857.7959(Pa)实验误差=|理论值-实验值|/理论值=|857.7959-758|/857.7959=15.13%PZ=-1000*9.8*(-0.055)-0.5*1000*9.8*0.06975*ch[2.586*(-0.055+0.265)]/ch(2.586*0.235)=220.2041(Pa)实验误差=|理论值-实验值|/理论值=|220.2041-758|/220.2041=28.25%七、思考题(45).波腹波节的位置，并说明为什么；(10分)答：波节位于距挡板L/4、3L/4、5L/4处，波腹位于距挡板0、L/2、L处。因为向右推进的波和向左推进的波的波幅、波数、波频相同，其中向左推进的波是向右推进的波的镜像其两者初始相位相差兀，波遇到挡板发生全反射，所以挡板处为波腹位置。.直立堤上波峰、波谷时波压力和波浪动水压力沿水深分布曲线；(20分)

压力/Pd波浪动水压力分布图4003002001000-100压力/Pd波浪动水压力分布图4003002001000-100-200-300■400-0.055-00,175-0,205T-波峰•波谷水深/m水深/m-0.055-0.085-0.115-0.145-0.175-0.205波峰动水压力/Pa318.7959308.9978301.0604294.9359290.5975287.888波谷动水压力/Pa-318.796-308.998-301.060-294.936-290.598-287.89.分析直立堤上波峰、波谷时立波波压力测定值与计算值的误差（给出百分比）及其影响因素；（10分）答：波峰实验误差15.13%12.26%8.20%7.81%3.97%4.05%波谷实验误差28.25%27.48%12.83%11.64%5.01%6.22%波峰时立波压力的测定值与计算值误差较小，而波谷时立波波压力的测定值与计算值误差较大，且随水深增大误差减小。影响因素：实验仪器制造及测量时存在的系统误差，现场实验时的晃动导致数据记录误差。.本实验中波高传感器应放置在水槽上什么位置，并说明为什么。（5分）答：应将波高传感器放入水中约水深1/2处。若放置位置过高，则当波传播时传感器经过波谷可能露出水面；若位置过低传感