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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： 姓名： 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 ⑴ 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
⑴ 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 对波高仪和压力传感器进行标定，求出各自的标定系数K、a、b。 ⑶ 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Hr，然后计算反射系数。
⑷ 波压力测量:
波压力沿水深的分布是不同的，有波浪理论可知，波压力：
Pz=-ρ·g·z﹢
ch?k?z?h??1cos?θ?ρ·g·H·
ch?k?h?2精品
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式中：ρ——水密度； g——重力加速度； k——波数； θ——相位角；
h——静水水深； 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a= 5327.8 ，b= -6044.5 （P?a?U?b）
波高传感器标定系数K= 4.14 （物理波高H?K?h，h为波浪过程线波高/V）；
入射波：波周期T= 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H= 6.38 厘米。 ⑴ 实验数据
表1 波高仪标定记录表
波峰 入水深Ei/cm 0 1 2 3 4 波高仪读数hEi 0 0.23 0.48 0.73 0.99 波谷 KEi — 4.35 4.17 4.11 4.04 4.17 出水深Fi/cm 0 1 2 3 4 波高仪读数hFi 0 -0.24 -0.48 -0.72 -0.97 KFi — -4.17 -4.08 -4.11 -4.08 -4.11 KEi平均值 KFi平均值 精品
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平均值 K?KEi?KFi2?4.14 表2 压力传感器标定
水深Z /cm z1 z2 z3 z4 -22.5 -17.5 -12.5 -7.5 波压力Pz??h /Pa 2205 1715 1225 735 系数a,b平均值
表3 波高记录表
1 2 3 4 平 均 电压U /mV 1.690 1. 591 1.506 1.407 系数a —— 4949.5 5326.1 5194.3 5156.6 系数b —— -6159.7 -6796.1 -6573.4 -6509.7 hEi 入 射 波 0.19 -0.36 0.55 2.28 1.01 -0.49 1.50 6.21 2.72 0.16 -0.34 0.50 2.07 0.95 -0.53 1.48 6.13 2.96 0.18 -0.37 0.55 2.28 1.07 -0.51 1.58 6.54 2.87 0.17 -0.35 0.52 2.15 1.10 -0.50 1.60 6.62 3.08 0.175 -0.355 0.53 2.19 1.03 -0.51 1.54 6.38 2.91 hFi hi?hEi?hFi Hi?K?hi（cm） hEr 立 波 hFr hr?hEr?hFr Hr?K?hr（cm） 反射系数Kr?Hr/Hi 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高仪的位置不在波腹处而在其他处。
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表4 波压力记录表
实验组次 1 -0.065 2 -0.115 3 -0.165 4 -0.215 Z/cm Umax/mv 1.38 1.27 1.47 1.37 1.57 1.46 1.59 1.48 Umin/mv 测定值Pz ?1307.864 11787.366 ?(Pz?a?Umax?b ) 2320.146 2426.702 测定值Pz ?721.806 (Pz?a?Umin?b ) ?1254.35 1734.088 1840.644 (2)理论值计算 由公式PZ?-??g?z?1ch?k?z?h????g?H?cos?可以算出不同位置处的压力值，2ch?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
图2 静波压力沿水深分布的曲线图
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(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
图4 水深为0.115 m处波压力波形图
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立波波压力测定实验报告
