Document

実験５
規則波
C0XXXX 石黒○○
C0XXXX 杉浦○○
C0XXXX 大杉○○
C0XXXX 高柳○○
C0XXXX 岡田○○
C0XXXX 藤江○○
C0XXXX 尾形○○
C0XXXX 足立○○
実験目的
• 海岸構造物が波のエネルギーに耐えられ
るかを議論するうえで、その海域での波高、
波速といった波の諸量を予測する必要が
ある．
• 本実験では造波させた規則波より得られ
た波形データより波長・波速・波高を求め、
理論値と比較する．
理論的考察
・波速、波長の理論式
分散関係式  2  gk tanhkh より
g 2
2
波長 L 
T tanh
h
2
L
g
2
波速 C 
T tanh
h
2
L
・水粒子速度の理論式
gH cosh k (h  z )

sin( kx  t )
速度ポテンシャル
2
cosh kh
 H cosh k (h  z )

cos( kx  t )
水平成分 u 
x
T
sinh kh
 H sinh k ( h  z )

sin( kx  t )
鉛直成分 w 
z
T
sinh kh
実験方法
・水位計、流速計を備えた波浪水槽に所定の周期、
水深の波を入射
２つの水位計出力データから
波高、位相差ΔＴを求め、
水位計間距離から波速Ｃを
求める。
流速計の出力データから、水
粒子速度ｕ、ｗを求める。
波速および波長と水深波長比の関係
1.2
C /C 0およびL/L0
1
0.8
理論値
1班　実験値
2班　実験値
3班　実験結果
4班　実験値
0.6
0.4
0.2
0
0
0.1
0.2
0.3
0.4
h/L　水深波長比
0.5
水深波長比が増大するに伴い、
深海波の波速、波長へと移行する．
0.6
周期と波速の関係
1.2
1
C /C １
0.8
理論値
1班　実験値
2班　実験結果
3班　実験値
4班　実験値
0.6
0.4
0.2
0
0
2
4
理論式にほぼ一致する．
周期が長いとはずれる
6
T/a
8
10
a
12
h
T 
g
h/Lが大きくなるにしたがい、波速を表す式が下
の式のように近似される．
h
if ....  
L
tanh kh  1
gT
gT
C
(tanh kh ) 
 C0
2π
2π
従って水深波長比が大きくなると
C
 1.0
C0
Tが増えるに伴い、Lは増大するので、結果的に水深
波長比は小さくなる．従って下の式に示すように、周
期が長くなると波は極浅海波に近づく．
h
if ....  0
L
tanh kh  kh
gT
C
(tanh kh )  gh  C1
2π
静水深0.27[m]、周期1.1[s]の実験値と理論値（２班）
水表面(z=0.073)
底(z=0.21)
中央(z=0.126
水表面(z=0.073)"
底(z=0.21)
0.2
0.2
0.1
0
-0.2
-0.1
0
0.1
0.2
w(m/s)
w(m/s)
0.1
中央(z=0.126)
0.0
-0.2
-0.1
0.0
-0.1
-0.1
-0.2
-0.2
u(ｍ/ｓ）
u(ｍ/ｓ）
図　実験値
0.1
図　理論値
そこに行くほど，楕円がつぶれる傾向が示せる
0.2
考察
• 水深が深くなるにしたがって、ｗが小さくなっている。
• ｗほどではないが、ｕも多少小さくなっている。
⇒理論と一致
• 理論値と実験値には多少ずれがある。
⇒原因①ペン書きレコーダーのデータの読み取り誤差
（水深が深いほど誤差が大きくなる）
②有限振幅効果
• 実験で発生させた波の水深波長比h/Lはすべて1/25~1/2
より、これらの波はすべて浅海波。
• h/Lが大きいほど（深海波に近づくほど）図は円形に近づ
く。
水粒子の軌跡分布
水粒子の流速分布を求めるだけで
は実際に水粒子がどのような軌跡を
描いているのか分からないので、次
の式を用いて水粒子の軌跡分布を
描いた。
ti
xi 
 u (t )d t
t1
zi 
i

i
 u t  Δt 　k 1
 wt  Δt 　k 1
k
k
まとめ
周期が長くなると波長が長くなり、極浅海波の波
速に近づき分散関係式をほぼ満足する．
水深が深くなるにつれて流速分布・軌跡分布とも
に扁平楕円形に近づく．
流速分布で正、或いは負の側に偏っていたとし
ても軌跡分布においても同じ側に偏っていると判
断できない．

Download Report