Лабораторное моделирование турбулентного пограничного слоя над взволнованной водной поверхностью при ураганном ветре. Поле поверхностного волнения
Курсовой проект - Физика
Другие курсовые по предмету Физика
ограмма ? (kx,kу), которая использовалась в дальнейшем для построения спектров волнения.
Экспериментальные результаты
По полученным данным были построены частотные и пространственные спектры поверхностного волнения.
Пояснение к нижеприведенным графикам:- частота вращения ротора нагнетающего вентилятора (Гц)- амплитуда колебаний волнопродуктора (мм), f15 - частота колебаний волнопродуктора (1,1Гц и 1,5Гц соответственно)
? - частота в радианах- волновой вектор в обратных метрах
Рис.5а-5е - частотный спектр волнения при одинаковых ветрах и разных амплитудах волнопродуктора, частота работы волнопродуктора 1,5Гц
Рис.6а-6д - частотный спектр волнения при разных ветрах и одинаковых амплитудах волнопродуктора, частота работы волнопродуктора 1,5Гц
Рис.8а-8е - пространственный спектр волнения при одинаковых ветрах и разных амплитудах волнопродуктора, частота работы волнопродуктора 1,5Гц
Рис.9а-9д - пространственный спектр волнения при разных ветрах и одинаковых амплитудах волнопродуктора, частота работы волнопродуктора 1,5Гц
Рис.10а-10б - сравнение частотных спектров при разных ветрах, разных частотах волнопродуктора, но одинаковых амплитудах волнопродуктора
Рис.11а-11д - сравнение пространственных спектров при разных ветрах, разных частотах волнопродуктора, но одинаковых амплитудах волнопродуктора
Рис.4 Частотный спектр волнения при разных ветрах и выключенном волнопродукторе
Рис.6д
Рис.7 Пространственный спектр волнения при разных ветрах и выключенном волнопродукторе
Рис.10б
Рис.11 дисперсионное распределение в случае разных ветров, но одинаковой амплитуды волнопродуктора (частота 1,1Гц)
Рис.12 дисперсионное распределение в случае разных ветров и разных амплитуд волнопродуктора (частота 1,5Гц)
Заключение
В ходе эксперимента по измерению коэффициента аэродинамического сопротивления водной поверхности при ураганных ветрах при помощи струнного волнографа было измерено поле поверхностного волнения в ветро-волновом канале. Измерения проводились при разных скоростях ветра и разных режимах работы волнопродуктора (частота и амплитуда).
По полученным экспериментальным данным были построены частотные и пространственные спектры, а так же дисперсионные зависимости.
Были обнаружены следующие эффекты:
. При генерации волн только ветром, их амплитуда и частота определяются скоростью ветрового потока. Чем сильнее ветер, тем больше амплитуда волн, и тем меньше частота (рис.7).
. При генерации волн и ветром, и волнопродуктором одновременно, в спектре появляются пики, отвечающие каждому виду накачки.
Один из пиков соответствует накачке волнопродуктором. Он имеет частоту, равную частоте работы волнопродуктора, а его амплитуда тем больше, чем сильнее ветер в канале (рис.8а-8г).
Второй пик отвечает ветровой накачке и при большинстве режимов работы совместной накачки ведет себя, как в пункте 1. (рис.8а-8г)
.При некоторых режимах работы совместной накачки возможна ситуация, когда из-за нелинейного взаимодействия волн исчезает "ветровой" пик и происходит повышение амплитуды пика, соответствующего накачке волнопродуктором (рис.8д-8е).
2.Так же возможна ситуация, когда при повышении амплитуды работы волнопродуктора "слившийся" пик разделяется на два. При этом у исходного пика частота не изменяется, но уменьшается амплитуда. А новый пик имеет меньшую частоту и амплитуду по сравнению с исходным (рис.8г-8е).
Литература
1.Emanuel, K. A. Sensitivity of tropical cyclones to surface exchange coefficients and a revised steady-state model incorporating eye dynamics // J. Atmos. Sci/, 1995, v.52, p.3969-3976.
2.Powell, M. D., Vickery P. J., Reinhold T. A. Reduced drag coefficient for high wind speeds in tropical cyclones // Nature, 2003, v.422, p.279-283.
.Donelan M. A., Haus B. K, Reul N., Plant W. J., Stiassnie M., Graber H. C, Brown O. B., Saltzman E. S. On the limiting aerodynamic roughness of the ocean in very strong winds // Geophys. Res. Lett., 2004, v.31, L18306.
.Ludwieg H. and Ti1mann W, Ingr. Arch., 17, 288 (1949).
.Schubauer G. B. and Klebanoff P. S., Natl. Advisory Comm. Aeronaut. Tech. Repts., № 1030, 1951.
.Klebanoff P. S. and Diehl F. W., Natl. Advisory Comm. Aeronaut. Tech. Notes, № 2475, 1951.
.Schultz-GrunowR, Luftfahrt-Forsch., 17, 239 (1940).
.Allan J. F. and Cut land R. S., Trans. North East Caost Inst. Engrs. & Shipbuilders, 69, 245 (1953).
.Ham a F. R., Soc. Naval Architects Marine Engrs. Trans., 62, 333 (1954).
.Nikuradse J., VDI-Forschungsheft, № 361, 1933
.Clauser F. H., Advances in Appl. Mechanics, 4, 1 (1956)