Sürekli ve zaman değişen Rüzgar zorlama altında bir rüzgar dalga Tank dalgalar ölçümleri

Eski zamanlardan beri bilinen dalgalar su yüzeyleri üzerinde rüzgar tarafından heyecanlı mısın olmuştur. Bu süreci yöneten fiziksel mekanizma şimdiki anlayış çok tatmin edici. Ancak onların güvenilir deneysel doğrulama henüz kullanılabilir değil, çok sayıda teorileri rüzgar dalga üretimi açıklamak çalışırken yıl^1,2,3,4üzerinde önerilmiştir. Okyanusun rastgele Rüzgar dalgaların ölçümleri hızlı bir şekilde olduğu gibi büyüklüğü de yönde değişebilir öngörülemeyen rüzgar nedeniyle son derece zor. Laboratuvar deneyleri uzun süreli ve tekrarlanabilir ölçümler etkinleştirmek kontrol edilebilir koşulları avantajına sahip.

Laboratuvar ortamında zorlama sürekli rüzgar altında Rüzgar-dalgalar uzayda gelişmeye. Erken laboratuvar deneyleri sürekli zorlama altında dalgalar üzerinde yirmi yıl önce gerçekleştirilen anlık yüzey yükseklik ölçüleri^5,6,7,8‘ e sınırlıydı. Daha yeni çalışmalar da ani su yüzey eğim açısı, LSG^9,10gibi ölçmek için çeşitli optik teknikler istihdam. Bu ölçümler kimileri rüzgar dalga alanlarının üç boyutlu yapısı hakkında Nitel bilgi sınırlı izin. Sahada yapılan deneyler olduğu gibi Rüzgar zorlama kararsız, ne zaman, sadece uzayda ama bu sürede de istatistiksel parametreleri elde edilen dalga alanın değişken olduğundan ek karmaşıklığı su dalgaları uyarma sorun Rüzgar tarafından tanıtıldı. Defa Saat-bağımlı zorlama altında nitelik ve nicelik dalga evrim kalıpları açıklamak için yapılan girişimleri sadece kısmen başarılı^11,12,13,14 olduğunu ^{, 15 , 16}. uyarma için neden olabilir farklı makul fiziksel mekanizmaları göreli katkısını ve büyüme dalgalar Rüzgar eylem nedeniyle büyük ölçüde bilinmeyen kalır.

Deneysel tesis rüzgar dalga alan özellikleri her iki sabit veya kararsız Rüzgar zorlama altında varyasyonu doğru ve çeşitli istatistiksel bilgi birikimi etkinleştirme amacı ile tasarlanmıştır. İki önemli faktörler bu ayrıntılı çalışmalar taşıyan kolaylaştırdı. İlk olarak, zaman ve mekan içinde nispeten kısa karakteristik evrim tesis sonuçlarında mütevazı boyutunu ölçekler. İkinci olarak, Bütün deneyin tamamen böylece çeşitli deneysel koşullarda deneysel çalışır performansını otomatik olarak ve hemen hemen insan müdahalesi olmadan etkinleştirme bir bilgisayar tarafından kontrol edilir. Bu deneysel set-up dalgalar diğerlerinden itici Rüzgar tarafından heyecan üzerinde deneyler yapmak çok önemli öneme sahip bulunuyor.

Kayma büyüme sabit zorlama altında Rüzgar-dalgaların tesisimizde Rüzgar hızları¹⁷bir dizi için çalışılmıştır. Sonuç olarak bitki¹⁹tarafından sunulan mil¹⁸ teorisi dayalı büyüme hızı tahminleri ile karşılaştırıldı. Karşılaştırma deneysel sonuçlar özellikle teorik Öngörüler farklı saptandı. Ek önemli parametreler de içinde elde edilen¹⁷, ortalama basınç düşüşü test bölümü, hem de mutlak değerler ve karakteristik statik basınç dalgalanmaları aşamaları gibi vardı. Hava-su arabirimi kesme stres Rüzgar ve dalgalar^17,19arasında momentum ve enerji transferi karakterizasyonu için önemlidir. Bu nedenle, Logaritmik sınır tabaka ve hava akımı dalgalar çok sayıda fetches gerçekleştirilen ve Rüzgar hızları²⁰su üstünde çalkantılı dalgalanmalar ayrıntılı. Sürtünme hız u_* bu çalışmada belirlenen hava-su arayüzüne değerleri içinde tesis²¹ölçülen Rüzgar dalgaların boyutsuz istatistiksel parametreleri elde etmek için kullanılmıştır. Bu değerler elde etmek daha büyük deneysel teçhizatları ve sahada yapılan deneyler karşılık gelen boyutsuz parametreleri ile karşılaştırıldı. Bu gösterilmiştir daha önce²¹ uygun ölçeklemeyle, küçük ölçekli tesisimizde elde edilen rüzgar dalga alan önemli özellikleri önemli ölçüde karşılık gelen verilerden farklı, değil mi ki daha büyük laboratuvarda birikmiş teçhizatları ve açık deniz ölçümleri. Bu parametreler temsilcisi dalga yüksekliği ve dalga boyu, yüzey yükselmesi frekans spektrumu yanı sıra değerleri daha yüksek istatistiksel anları şeklinde kayma büyüme içerir.

Bizim tesis^22,23 ‘ te yürütülen sonraki çalışmaları rüzgar dalgaları aslında rasgele ve üç boyutlu olduğunu gösterdi. 3D yapısı Rüzgar dalgaların içine daha iyi bir fikir almak için su yüzey kotu nicel zamana bağımlı ölçümleri stereo video görüntüleme²²kullanarak genişletilmiş alan üzerinde gerçekleştirmek için çalışıldı. Henüz yeterince etkili değildir mevcut ve işlem algoritmaları kullanılabilir yetersiz bilgisayar gücü nedeniyle bu girişimleri sadece kısmen başarılı olduğunu kanıtladı. Ancak, geleneksel kapasite türü dalga ölçer ve LSG kombine kullanımı rüzgar dalgaları kayma yapısı üzerinde değerli bilgiler sağlar gösterilmiştir. Her iki bu araçların eşzamanlı uygulama anlık yüzey yükseklik ve anlık yüzey yamaç²³iki bileşenden bağımsız ölçümleri ile yüksek zamansal çözünürlük sağlar. Bu ölçümler hem baskın frekans tahmini ve baskın dalga boyu dalgalar gibi dalga yapısı Rüzgar normal yönde içgörü sağlayarak sağlar. Dikey olarak bilgisayar kontrollü motoru ile hareket edebilir, bir kılavuz borusu sensörler kümesi tamamlar ve rüzgar hızı ölçümleri için kullanılır.

Rastgele ve three-dimensionality ölçülen parametreler için bile önemli değişkenliği dalgalar neden Rüzgar sürekli yapılan açık Rüzgar zorlayarak bu çalışmalar ve tek bir ölçme konum. Böylece, ölçümleri süre ölçekler ölçülen dalga alanının güvenilir istatistiksel miktarları ayıklamak için yeterli bilgi toplamaya ihtiyaç vardır karakteristik zaman ile orantılı ile uzun süredir devam eden. Dalga alanın mekansal varyasyon düzenleyen mekanizmalar değerli fiziksel bir anlayış kazanmak için ölçümler çeşitli yerlerde ve Rüzgar akış hızı gibi çeşitli değerler için test bölümü mümkün olduğunca gerçekleştirmek için zorunludur. Bu hedefe ulaşmak için bu nedenle otomatik deneysel bir işlem uygulamak için son derece arzu edilir.

Dalgalar kararsız Rüzgar zorlayarak heyecan üzerinde deneyler ek bir karmaşıklık düzeyi tanıtmak. Bu tür çalışmalarda, Rüzgar hızı anlık seviyeye anlık ölçülen parametreler ilişkilendirmek için zorunludur. Dalgalar üzerinde deneyler heyecanlı bir neredeyse itici Rüzgar önemli örnek olarak zorlama tarafından diğer göz önünde bulundurun. Bu durumda, çok sayıda bağımsız ölçüleri aynı reçete desen²⁴takip zaman içinde değişir Rüzgar eylem altında gelişen rüzgar dalga alanının ihtiyaç vardır. Hava akımı, başlatılması beri geçen zaman bir fonksiyonu olarak ifade anlamlı istatistiksel parametreleri sonra bağımsız gerçekleşmeleri birikmiş topluluğu ayıklanan veriler sayı ortalaması alınarak hesaplanır. Bu girişim onlarca ve yüzlerce saat sürekli örnekleme gerektirebilir. Deneme tam otomatik sürece deneysel seans iddialı bir görevi gerçekleştirmek için gereken toplam süresi bütün yaklaşımı olanaksız, işler. Yakın zamana kadar rüzgar dalga özellikleri gibi yok tamamen bilgisayarlı deneysel işlem geliştirilmiştir. Bu dengesiz zorlama altında Rüzgar dalgalar üzerinde güvenilir istatistiksel veri eksikliği için başlıca nedenleri arasında yer alıyor.

Tesisin deneme için kullanılan piyasada bulunan üzerinden oluşturulur değil beri kapalı donanım, burada ana parçalarının kısa bir açıklama sağlanmıştır.

Şekil 1. Şematik (değil ölçeklemek için) deney tesisi görünümünü. 1 – üfleyici; 2 – odası yerleşme giriş akımı; 3 – çıkış odası yerleşme; 4 – susturucu kutuları; 5 – test bölümü; bir 6 – plaj; 7 – ısı eşanjörü; 8 – petek; 9 – meme; 10 – wavemaker; 11 – flep; 12 – araç taşıma; 13 – step motor tarafından tahrik dalga ölçer; 14 – kılavuz bir step motor tarafından tahrik borusu. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Deney tesisi bir kapalı devre Rüzgar tüneli (bir şematik Resim 1‘ de gösterilen) bir dalga tankı üzerine monte oluşur. Test bölümü 5 m uzun, 0.4 m genişliğinde ve 0,5 m derinde. Yanağında ve zemin 6 mm kalınlığında cam plakaları yapılır ve alüminyum profillerden yapılmış bir çerçeve içinde içine alınır. 40 cm uzun flep nozzle dan hava akımı kesit için su yüzeyi pürüzsüz bir genişleme sağlar. Dalga enerjisi gözenekli ambalaj malzemeden yapılmış beach emici tank ucunda yer alır. Bilgisayar kontrollü üfleyici ortalama hava akım hızı testi bölümünde 15 m/s’ye ulaşma sağlar.

Özel yapım kapasite türü 100 mm uzunluğundaki dalga ölçer anodize Tantal yapılır. 0.3 mm tel dalga ölçüm kalibrasyon için tasarlanmış bir PC kontrollü adım motor tarafından tahrik dikey bir sahnede monte edilir. Bir kılavuz borusu 3 mm çapında dinamik basınç test bölümü Merkezi hava akımı kısmında ölçmek için kullanılır.

Anlık 2D su yüzey yamaç, ölçme LSG, tank (Şekil 2) boyunca herhangi bir yerde konumlandırılmış test bölümünden müstakil bir çerçeve yüklenir. LSG dört ana bölümden oluşur: bir lazer diyot, bir Fresnel lens, diffusive bir ekran ve bir pozisyon algılama dedektörü (PSD) derleme. Lazer diyot 650 nm (kırmızı), 200 mW focusable lazer ışını çapı yaklaşık 0.5 mm ile oluşturur. 26.4 cm çapında Fresnel lens odak uzaklığı 22.86 cm ile objektif geri odak düzlemi içinde yer alan 25 x 25 cm² diffusive ekrana gelen lazer ışını yönlendirir.

Şekil 2. Şematik lazer eğim ölçer (LSG). 1 – lazer diyot; 2 – Fresnel lens; 3 – diffusive ekran; 4 – pozisyon sensörü dedektörü (PSD). Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Bu iletişim kuralı içinde çok sayıda parametreleri kararsız dalgalar karakterize aynı anda zamana bağımlı Rüzgar zorlama altında ölçülen deneyler performans sağlayan ile ilgili yordamı açıklamaktadır. Yordamı deney tesisi teknik sınırlamalar içinde görüş-in elde edilebilir zaman rüzgar hız istenen herhangi bir bağımlılığı için ayarlanabilir. Özellikle hangi her gerçekleştirilmesi, Rüzgar başlar neredeyse düşüncesizce başlangıçta sakin su üzerinde deneyler mevcut protokolünü açıklar. O zaman sürer yeterince uzun bunun için zorlama sürekli Rüzgar Rüzgar dalga alanında her yerde test bölümü yarı sabit devlet attains. Rüzgar, sonunda yine neredeyse düşüncesizce, aşağı doğru kapatın. Her aşamasında, birden çok dalga parametreler kaydedilir. Tesisimizde hesaplama çok sayıda istatistiksel temsilcisi ensemble ortalama olarak miktarlar anlık yerel rüzgar dalga alan karakterize roman ve son deneyler sırasında geliştirilmiş sağlar yordamı yürütülen ^{22 , 23 , 24}.