立波波压力测定实验报告.docx

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： : 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(D入射波高测量；⑵立波波高测量及计算反射系数；⑶观察立波波腹及波节出现的位置并做好记录；⑷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(D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⑵ 对波髙仪和压力传感器进行标定,求出各自的标定系数K、沐bo⑶在没有放置板的条件下，测量入射波高为Hi，然后放入再测量立波波高为H「■然后计算反射系数⑷波压力测量：波压力沿水深的分布是个同的,有波浪理论可知,波压力:Pz=・p・g・z ■丄p • g • H2c/?{^(z + /?)}ch(k •/?)cos(0)式中：p 水密度；g 重力加速度；k—波数;0——相位角；z——水面下深度」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〃 =5327.8 、b = -6044,5(P = a ・U+b )波高传感器标定系数^ = 4.14 (物理波高H = Kh，〃为波浪过程线波高 /V)；入射波：波周期7=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77=6.38 J1米D实验数据表1波高仪标定记录表wd ・・波峰波谷入水深Q /cm波高仪读数/匕出水深Fj /cm波高仪读数他00——00——10.234.351-0.24-4.1720.484.172-0.48-4.0830.734.113-0.72-4.1140.994.044-0.97-4.08平均值4.17K,平均值•4.11平均值Kei + KFiK — — j 1/1IX 气.1 H2表2压力传感器标定水深Z /cm波压力P: = yh /Pa电压U /mV系数d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平均值5156.6-6509.7表3波高记录表1234平均入射波hEi0.190.160.180.170.175hH-0.36■0.34■0.37-0.35・ 0.355m i+ps l0.550.500.550.520.53H= K • h： ( cm )2.282.072.282.152.19立hEr1.010.951.071.101.03叮-0.49-0.53■0.51-0.50-0.51波=|力&| + |幅|1.501.481.581.601.54Hr = K • hr ( cm )6.216.136.546.626.38反射系数Kr = Hr/Ht2.722.962.873.082.91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髙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 /cm0065-0.115-0.165・ 0.2151.381.471.571.59人in /mV1.271.371.461.48测定值F（佇"％ + b ）1307.86411787.3662320.1462426.702测定值仔（石•久in+b ）721.8061254.351734.0881840.644（2）理论值计算由公式/^=-p.g-z +丄吟+ f"cos&可以算出不同位置处的压力值，2 ch（K ・ h）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S.波峰、波谷波压力沿水深分布图.波峰-波谷Z/m(4)不同水深时波压力波形图图3水深为0.065m处波压力波形图水深为0.065m处波压力波形图1.40E+00图4水深为0.115 m处波压力波形图1.50E+001.48E+001.46E+001.44E+001.42E+001.40E+001.38E+001.36E+001.34E+00< 水深为0.115m处波压力波形图2t/s图5水深为0.165m处波压力波形图M水深为0.165 m处波压力波形图n1.58E+001.56E+001.54E+001.52E+001.50E+001.48E+001.46E+001.44E+0000.52.53.5t/s图6水深为0.215m处波压力波形图＜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、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it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 /m0065-0.115-0.165・ 0.215测定值/Pa1307.8641787.3662320.1462426.702测定值/Pa721.8061254.5861734.0881840.644理论计算町/Pa939.41424.351932.302424.72理论计算巴-/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：① 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；② 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；③ 压力传感器比较灵敏，而现场的干扰又比较多，所以对所测数据有比较大 的影响；④ 由于上述误差，使得在计算理论压力值时，一些误差被放大跌加，在最终 结果中产生了更大的误差。

四、实验心得在此次实验中，我们重新温习了实验仪器设备的使用方法以及对数据的处 理在实验中，观察到立波的产生，对立波有了更加直观的认识，同时对立波的 特点有了更好的了解。