1、 大學(xué) 海洋工程環(huán)境 實驗報告 實驗日期： 2011年5月16日 成績： 班級： 學(xué)號： 姓名： 教師： 同組者： 立波波壓力測定實驗一、實驗?zāi)康呐c基本原理1. 實驗?zāi)康耐ㄟ^實驗增加學(xué)生對立波的感性認(rèn)識，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，反射波與入射波的波要素絕對值相等，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)會反射系數(shù)和波壓力的測量方法，培養(yǎng)學(xué)生的實際動手能力和通過實驗手段驗證波壓力計算方法的能力。2. 實驗原理 入射波高測量； 立波波高測量及計算反射系數(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，測量波壓力分布。二、實驗1. 實驗過程 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鉆一個孔作為安裝壓力傳感器用，板的長度要適應(yīng)。 對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，測量入射波高為Hi，然后放入再測量立波波高為Hr，然后計算反射系數(shù)。 波壓力測量: 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，其最大值為波峰時的壓力Pz+，然后與計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波浪動水壓力沿水深的分布曲線。2. 實驗結(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。 實驗數(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 波壓力記錄表實驗組次1234/cm-0.065-0.115-0.165-0.215/mv1.381.471.571.59/mv1.2

6、71.371.461.48測定值 ( )1307.86411787.3662320.1462426.702測定值 ( )721.8061254.351734.0881840.644(2)理論值計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。因為，向右推進(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、實驗結(jié)果分析、討論（1）由波壓力實測結(jié)果與理論計算結(jié)果表5 波壓力記錄表實驗組次1234Z /m-0.065-0.

8、115-0.165-0.215測定值 /Pa 1307.8641787.3662320.1462426.702測定值 /Pa721.8061254.5861734.0881840.644理論計算 /Pa939.41424.351932.302424.72理論計算 /Pa576.71824.601293.431441.40波峰實驗誤差0.390.250.200.00波谷實驗誤差0.250.520.340.27（2）實驗誤差分析由記錄表中所計算的結(jié)果可知，實驗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)場的干擾又比較多，所以對所測數(shù)據(jù)有比較大的影響