波浪对圆柱的作用力实验.doc

中国石油大学海洋环境实验报告 实验日期： 2015.4.4 成绩： 班级： 海工 学号： 姓名： 教师： 刘志慧 同组者： 每空1分，共15分 波浪对圆柱的作用力实验实验目的 圆柱是结构物之一。通过线性波对圆柱的作用实验，让学生建立起波浪对结构物作用的基本概念，并了解测量结构物上波浪力的方法和过程，以及对测量结果的处理。在此实验中，应注意、惯性力和阻力三者之间的相互关系。 实验内容 1) 了解波浪力测量的工作原理； 2) 了解波浪力记录的要求和特点； 3) 了解圆柱受力的特点和波浪力测量手段； 4) 分析实验结果。 实验设备 1) 圆柱模型（塑料或铝合金）一根； 2) 波高仪一套； 3) 桩力传感器一套； 4) 固定支座一套； 5) 固定夹若干； 6) 量测系统一套； 7) 圆柱固定器两个。 实验准备、方法与步骤 1实验准备 将水槽充水，调整适当的水深；然后将长 cm，直径Ф cm的圆柱装在固定支座上，装好相应的传感器，接通量测系统；将整个模型总成安装在水槽上并固定好，再将波高仪传感器固定在圆柱的上。然后开动造波机造波。 2 实验 当波浪作用在圆柱上时，要仔细观察圆柱迎波面上的和离波向的；同时开起和量测系统的采样开关，记录波浪和作用力的过程线，记录10～20个周期。并仔细作好各种标记和观测记录。可采用相同或不相同的波要素重复进行3～5次实验，将各次的观测结果填表记录。 3 作用力的计算根据观测记录求出波浪要素和波浪对圆柱的作用力。 波浪对圆柱的作用力由 FHI 和阻力（）F两部分组成，可用方程进行计算， 该方程为： ， 式中：C — 质量 系数； CD — 拖曳力 系数；V — 圆柱单位长度的； A — 圆柱单位长度的； u — 水质点速度的分量； H — 波高； K — 波数； — 水深； T — 波浪周期； θ — 相位角。 表1 波浪对圆柱的作用力实验记录表 实 验 组 次 1 波周期 T（Sec） 3.694 2.750 5.568 5.534 波 高 H （cm） 1.02 0.75 1.90 2.50 水 深 h （cm） 60.8 60.8 60.8 60.8 桩 径 d （cm） 10.03 10.03 10.03 10.03 实测力F （N） 0.238 0.296 0.217 0.287 计算力FHmax （N） 0.270 0.397 0.520 0.268 0.270 以第一组实验数据为例，作用在圆柱体上的总水平力为： 由色散关系可得： 通过迭代法进行波长的计算，取波长的初值为13.5m。 L0/m k T/s h/m L1/m (L0-L1)/L0 13.5 0.465185 5.524 0.608 13.12001 0.0281471 13.12001 0.478658 5.524 0.608 13.47965 -0.0274111 13.47965 0.465888 5.524 0.608 13.1388 0 13.1388 0.477974 5.524 0.608 13.46142 -0 13.46142 0.466519 5.524 0.608 13.15568 0 13.15568 0.47736 5.524 0.608 13.44508 -0 13.44508 0.467085 5.524 0.608 13.17083 0 13.17083 0.476811 5.524 0.608 13.43045 -0 13.43045 0.467594 5.524 0.608 13.18444 0 13.18444 0.476319 5.524 0.608 13.41733 -0 13.41733 0.468051 5.524 0.608 13.19666 0 13.19666 0.475878 5.524 0.608 13.40557 -0.0158308 13.40557 0.468462 5.524 0.608 13.20763 0 13.20763 0.475483 5.524 0.608 13.39504 -0.014189