1、 大學(xué) 海洋工程環(huán)境 實(shí)驗(yàn)報(bào)告 實(shí)驗(yàn)日期： 2011年5月16日 成績： 班級(jí)： 學(xué)號(hào)： 姓名： 教師： 同組者： 立波波壓力測(cè)定實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c基本原理1. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^實(shí)驗(yàn)增加學(xué)生對(duì)立波的感性認(rèn)識(shí)，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(shí)，反射波與入射波的波要素絕對(duì)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(yīng)的波壓力也大大增加。要求學(xué)生學(xué)會(huì)反射系數(shù)和波壓力的測(cè)量方法，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力和通過實(shí)驗(yàn)手段驗(yàn)證波壓力計(jì)算方法的能力。2. 實(shí)驗(yàn)原理 入射波高測(cè)量； 立波波高測(cè)量及計(jì)算反射系數(shù)； 觀察立波波腹及波節(jié)出現(xiàn)的位置

2、并做好記錄； 在直立墻上沿高程布置壓力傳感器，測(cè)量波壓力分布。二、實(shí)驗(yàn)1. 實(shí)驗(yàn)過程 準(zhǔn)備:準(zhǔn)備一塊木板，其寬度應(yīng)與水槽寬相適應(yīng)，作為直立防波堤，沿高度方向每隔5cm鉆一個(gè)孔作為安裝壓力傳感器用，板的長度要適應(yīng)。 對(duì)波高儀和壓力傳感器進(jìn)行標(biāo)定，求出各自的標(biāo)定系數(shù)K、a、b。 在沒有放置板的條件下，測(cè)量入射波高為Hi，然后放入再測(cè)量立波波高為Hr，然后計(jì)算反射系數(shù)。 波壓力測(cè)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·z·g·H· 式中：水密度； g重力加速度； k波數(shù)； 相位角； h靜水水深； z水面下深度。但是波壓

3、力呈周期性變化，其最大值為波峰時(shí)的壓力Pz+，然后與計(jì)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(shí)波浪動(dòng)水壓力沿水深的分布曲線。2. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果傳感器的標(biāo)定：壓力傳感器標(biāo)定系數(shù)= 5327.8 ，= -6044.5 （）波高傳感器標(biāo)定系數(shù)= 4.14 （物理波高，為波浪過程線波高/V）； 入射波：波周期= 2.181 秒，波長=3.149 米，波高= 2.19 厘米。立波：波周期= 2.145 秒，波長= 3.14 米，波高= 6.38 厘米。 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表1 波高儀標(biāo)定記錄表波峰波谷入水深/cm波高儀讀數(shù)出水深/cm波高儀讀數(shù)000010.234.351-0.24-4.1720.

4、484.172-0.48-4.0830.734.113-0.72-4.1140.994.044-0.97-4.08平均值4.17平均值-4.11平均值4.14表2 壓力傳感器標(biāo)定 水深 /cm波壓力 /Pa電壓 /mV系數(shù)系數(shù)z1-22.522051.690z2-17.517151. 5914949.5-6159.7z3-12.512251.5065326.1-6796.1z4-7.57351.4075194.3-6573.4系數(shù)a,b平均值5156.6-6509.7表3 波高記錄表1234平 均入射波0.190.160.180.170.175-0.36-0.34-0.37-0.35-0.35

5、50.550.500.550.520.53（cm）2.282.072.282.152.19立波1.010.951.071.101.03-0.49-0.53-0.51-0.50-0.511.501.481.581.601.54（cm）6.216.136.546.626.38反射系數(shù)2.722.962.873.082.91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(shí)際上應(yīng)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(shí)驗(yàn)組次1234/cm-0.065-0.115-0.165-0.215/mv1.381.471.571.59/mv1.2

6、71.371.461.48測(cè)定值 ( )1307.86411787.3662320.1462426.702測(cè)定值 ( )721.8061254.351734.0881840.644(2)理論值計(jì)算由公式可以算出不同位置處的壓力值，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(shí)波壓力波形圖圖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，并說明為什么圖7 波幅波節(jié)位置圖-2

7、-1.5-1-0.500.511.52-2-1.75-1.5-1.25-1-0.75-0.5-0.250x/Lh/a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?yàn)椋蛴彝七M(jìn)的波和向左推進(jìn)的波波幅，波數(shù)，波頻相同僅僅是方向相反。向右推進(jìn)的波和向左推進(jìn)的波的波面方程相加后得到立波波面方程，其中向左推進(jìn)的波是向右推進(jìn)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(shí)驗(yàn)結(jié)果分析、討論（1）由波壓力實(shí)測(cè)結(jié)果與理論計(jì)算結(jié)果表5 波壓力記錄表實(shí)驗(yàn)組次1234Z /m-0.065-0.

8、115-0.165-0.215測(cè)定值 /Pa 1307.8641787.3662320.1462426.702測(cè)定值 /Pa721.8061254.5861734.0881840.644理論計(jì)算 /Pa939.41424.351932.302424.72理論計(jì)算 /Pa576.71824.601293.431441.40波峰實(shí)驗(yàn)誤差0.390.250.200.00波谷實(shí)驗(yàn)誤差0.250.520.340.27（2）實(shí)驗(yàn)誤差分析由記錄表中所計(jì)算的結(jié)果可知，實(shí)驗(yàn)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(cè)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(cè)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(chǎng)的干擾又比較多，所以對(duì)所測(cè)數(shù)據(jù)有比較大的影響