עבודה זו נתמכה על ידי הקרן הלאומית למדע, גרנט 306/15.

1. הכנת המערכת
<ol><li>למלא את המיכל עם מי ברז עד לעומק של-20 ס מ כדי לספק תנאי שמאכלסת; לנקות את המשטח של כל מזהמים שעשויים להשפיע על מתח הפנים של המים.</li>
	<li>מקם את הכרכרה מכשיר הבא הרצוי.<ol>
<li>הר צינור פיטו ומקם אותה במרכז החלק זרימת האוויר של סעיף מבחן.</li>
		<li>הר מד גל על הבמה אנכי מבוקר-מחשב כדי לאפשר את הכיול סטטי.</li>
	</ol>
</li>
	<li>מיקום ההרכבה LSG הבא הרצויה ועל המרחק לרוחב של-7 ס מ מד גל כדי למנוע הפרעה של הגל מד הרכבה עם השביל אופטי. הערה: השימוש וילון אטום מומלץ כדי למנוע את חשיפת PSD אור מקיף, כמו גם כדי להגן על הסביבה מפני כדין השתקפויות של קרן הלייזר.<ol>
<li>יישור הלייזר ממוקם מתחת למיכל המים כך הקורה מכוונת אנכית, ממקדים את הקרן.</li>
		<li>מיקום עדשת פרנל בתוך סעיף מבחן גבוה ככל האפשר מעל פני המים כדי למזער את ההפרעה של העדשה של זרימת האויר.</li>
		<li>ודא כי קרן הלייזר הסיט מכה את העדשה בחלקה המרכזי בתנאים קיצוניים רוח מתוכנן במהלך הפעלה ניסיונית.</li>
		<li>הר המסך המפזרת בדיוק במישור המוקד של העדשה ולאחר מכן בדוק את היישור האופקי והאנכי של העדשה והן על המסך.</li>
		<li>ודא כי כל קרני לייזר אנכיים מקבילים שני. תזיז את המסך המפזרת בדיוק במרכז כאשר פני המים עדיין. הערה: ניתן לבדוק באמצעות לייזרים זהים שני מוצבים במרחק אחד מהשני.</li>
		<li>מקם את PSD מוודא כי כל האזור של המסך המתפשט בתוך שטח אפקטיבי של הגלאי. לבצע מיקוד של העדשה PSD על-ידי התאמת ההגדרות עדשה המרחקים הממשיים בין העדשה ואת המסך.</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. כיול ותפעול של חיישנים
<ol><li>
כיול של מד גל
	<ol>
<li>לבצע כיול מד גל עבור כל מיקום המדידה ואת כל מהירות הרוח המקסימלי הצפוי בטווח ניסיוני.<ol>
<li>הגדר את המיקום האנכי של החיישן כך מפלס המים כלומר הרוחבי האורך של החוטים חישה.</li>
			<li>להגדיר את מהירות מפוח לערך הרצוי, ולאפשר את הרוח להתפוצץ בהתמדה במשך זמן רב מספיק (2-3 דקות).</li>
			<li>באמצעות אוסצילוסקופ, להתאים ידנית ורגישות, רווח ולאחר קיזוז של מד גל באמצעות יחידת מזגן כדי להבטיח כי הערכים מתח המתאים הפסגה הגבוהה ביותר, את השוקת הנמוך הצפוי בשטח גל בטווח של A/D ממיר (+ /-10 V).</li>
			<li>סגור את המצלצל במשך מספר דקות, עד פני המים הופך לחלוטין ללא הפרעה.</li>
			<li>ודא האורך המשוקע הוא בתוך קרסט המקסימלי הצפוי שוקת ערכים על-ידי הזזת הגל לאמוד בצורה אנכית.</li>
			<li>לבצע כיול אוטומטי של מד גל שימוש שגרתי בהזמנה אישית בהמים עדיין השוקע מד במספר העומקים שצוינו והקלטת את הפלט מתח כלומר במהלך 5 s עבור כל עומק.</li>
			<li>מתאים כיול ריבועית פולינום בנתונים מוקלטות כדי להשיג את התלות H(V), H איפה העומק שירידות (תואם גובה פני השטח מיידי), כפונקציה של מד מתח V.</li>
			<li>בדוק חזותית איכות מצויד הכיול פולינומיאלי (איור 3).</li>
		</ol>
</li>
	</ol>
</li>
</ol><img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56480/56480fig3.jpg"> איור 3. עקומת כיול מד גל. <a href="https://cloudflare-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56480/56480fig3large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
<ol start="2"><li>
כיול וכוונון LSG
	<ol>
<li>ודא את הביצועים של LSG לאחר כל העקירה של ההרכבה חיישן.<ol>
<li>שימוש של פריזמה טריז אופטי על גיליון זכוכית אופקי, לסטות קרן הלייזר ביחס לציר האופטי להדמיית מדרון משטח המים הידועים.</li>
			<li>לדוגמה PSD פלטי קרן הלייזר סטיה נקודה על המסך דיפוזיה באמצעות תנודות או תוכנית רכישת נתונים לפי הזמנה.</li>
			<li>לחישוב הזווית סטיה קרן, המדרון מ הקואורדינטה קרן לייזר קואורדינטות נמדד ספוט; השווה את התוצאה עם הזווית טריז ידוע.</li>
			<li>חזור על הפעולות לכל מספר זוויות סטיה באמצעות אחד או יותר מינסרתיים. הערה: טריז מנסרות עם זוויות סטיה ועד 2.5° 17.5° שימשו; אם הבדיקה נכשלה עקב אי-התאמות של PSD עם המסך המפזרת, להתאים את PSD באופן ידני, לתיקון אי-התאמות. הליך זה מתבצע באופן ידני באמצעות שלב 2D הזזות אפקיות ורמת, זמן רב מאוד.</li>
		</ol>
</li>
		<li>
אימות של ליניאריות של הליך PSD וכיול
		<ol>
<li>למקם את רשת המרווחות באופן שווה זה הודפס על סדין שקוף על המסך המפזרת, אוריינט זה כך שלה צירים, x ו- y, מיושרים עם למטה, לחצות כיווני רוחות, בהתאמה (איור 4). הערה: הרשת מאפשר לכוון את קרן הלייזר למקומות הרצויים על המסך המפזרת בנוחות במדויק באמצעות קבוצת מנסרות או הזזת הלייזר מתחת למסך המפזרת הכיוונים לאורך-רוח, הצולבת.</li>
			<li>שימוש בערכת מנסרות, להסיט את קרן הלייזר אנכי כדי לקבל מספר עמדות רדיאלי של קרן הלייזר נקודה על המסך המפזרת תוך שמירה על זווית azimuthal קבוע. הערה: ברזולוציה של 1 ס מ ו- radius מקסימלי של 7 ס מ משמש עבור כל אחת הזוויות azimuthal 9.</li>
			<li>להזיז את הנקודה לייזר למיקומים מרובים ב- x-כיוון, תוך שמירה על y לתאם הקבוע, לשנות את הכיוון של התנועה ל- y, ואז להמשיך את x קבוע. הערה: טווח ואת הרזולוציה שתשמש דומים לאלה מהסעיף הקודם.</li>
			<li>לאסוף כ 50 נקודות על הרשת ב כל כיול. הערה: הקואורדינטות ספוט של קרן לייזר נרכשים על ידי PSD, להעריך באמצעות אוסצילוסקופ בשני ערוצים רגיל מחובר של PSD.<ol>
<li>לכל כיוון, שימוש ליניארי מתאים של הנתונים להניב מקדמי כיול כדי להמיר את הקואורדינטות של קרן הלייזר על החיישן PSD הקואורדינטות המתאים על המסך דיפוזיה. הערה: דוגמה של הכיול PSD מותווית באיור 5 סדרה של נקודות לאורך האמצע של סעיף מבחן. התגובה של החיישן, ובכך מקדמי כיול, הוא כמעט זהה בכל הכיוונים כאשר הצירים של המסך המפזרת, החיישן מיושרים כהלכה. הרשת מקלה על ההליך כיול, המאפשר קביעת קל של הקואורדינטות מדרון לייזר על המסך דיפוזיה.</li>
			</ol>
</li>
		</ol>
</li>
	</ol>
</li>
</ol><img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56480/56480fig4.jpg"> באיור 4. הרשת מסך המפזרת. הרשת מקלה בבימוי קרן הלייזר למקומות הרצויים על המסך המפזרת בנוחות ובצורה מדויקת, או באמצעות קבוצת מנסרות או לגור הלייזר מתחת למסך המתפשט לאורך-רוח, הצולבת כיוונים <a href="https://cloudflare-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56480/56480fig4large.jpg" target="_blank">לחץ כאן הצג גרסה גדולה יותר של הדמות הזו.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56480/56480fig5.jpg"> איור 5. עקומת כיול PSD. האיור מדגים התרגום של PSD פלט מתחים כדי קואורדינטות מניב תוצאות נאותה. <a href="https://cloudflare-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56480/56480fig5large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
3. ניסויי ורכישה נתונים
הערה: ראה איור משלים 1 עבור ממשק המשתמש של שימוש בשלבים הבאים.
<ol><li>הגדרת תדירות מפוח באמצעות ממשק משתמש תוכנית לפי הזמנה. הערה: כמעט stepwise עליית מדד את מהירות הרוח על פני המים בתחילה ללא הפרעה היה מוחל, ואחריו קצב זרימת אוויר קבועה עבור משך זמן שנקבע (120 s), אימפולסיבי כמעט כבה של מתקשרים.</li>
	<li>לקבוע את מספר שיעורי זרימת רוח יציב שונים והגדרות מפוח חובה.</li>
	<li>התאם את הגדרות מתמר לחץ על הטווח הצפוי של וריאציות לחץ דינמי זוהה על ידי צינור פיטו.</li>
	<li>ודא כי בתחילת כל מימוש, אין רוח, פני המים ויש ללא הפרעה (ראי חלקה). להתחיל הנתונים באופן סינכרוני עם המבצע של מתקשרים.</li>
	<li>להקליט את גובה פני השטח מיידי, מדרון משטח הרכיבים השונים לאורך-כיוונים הצולבת, צינור פיטו פלט ניטור של מהירות הרוח רעה U, ואת וריאציית מתח מבקר מפוח הדגימה שנקבע שיעור ( 300 הרץ/ערוץ שימשו). הערה: המתח של גל-מד שנרכשה על-ידי התוכנית מומרת באופן אוטומטי את גובה פני השטח באמצעות מקדמי כיול של התאם המוצג באיור3.</li>
	<li>המשך דגימה עבור מספיק זמן כדי להקליט את השדה גל רקובה לאחר הכיבוי של מתקשרים.</li>
	<li>עם סיומו של הדגימה, ודא כי ההליך ניסיוני אוטומטי מאפשר מספיק זמן (תלוי במערכת) להביא את פני המים למצב ללא הפרעה לפני אתחול של הפעלה הבאה.</li>
	<li>לשמור את כל הנתונים מוקלטות עבור עיבוד עוקבות.</li>
	<li>לבצע את המספר הקבוע של מימושים (בדרך כלל 100 פועל עצמאית נמצאו מספיק).</li>
	<li>חשב את הפרמטרים בממוצע-אנסמבל של נתוני ההקלטות כפי פונקציה של הזמן שחלף מאז אתחול של מתקשרים.</li>
	<li>חזור על כל התהליך עבור ההגדרה הבאה של מתקשרים התואם מהירות הרוח היעד הנבחר בסעיף מבחן.</li>
</ol>

<ol>
	<li>Sir William Thomson, F. R. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hydrokinetic+solutions+and+observations.">Hydrokinetic solutions and observations.</a> Philosophical Magazine. 42, 362-377 (1871).</li><li>Jeffreys, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On+the+formation+of+water+waves+by+wind.">On the formation of water waves by wind.</a> Proc. Roy. Soc. London Ser. A. 107, 189-206 (1925).</li><li>Miles, J. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On+the+generation+of+surface+waves+by+shear+flows.">On the generation of surface waves by shear flows.</a> J. Fluid Mech. 3 (2), 185-204 (1957).</li><li>Phillips, O. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On+the+generation+of+waves+by+turbulent+wind.">On the generation of waves by turbulent wind.</a> J. Fluid Mech. 2 (5), 417-445 (1957).</li><li>Plate, E. J., Chang, P. C., Hidy, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experiments+on+the+generation+of+small+water+waves+by+wind.">Experiments on the generation of small water waves by wind.</a> J. Fluid Mech. 35 (4), 625-656 (1969).</li><li>Mitsuyasu, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On+the+growth+of+the+spectrum+of+wind-generated+waves+I.">On the growth of the spectrum of wind-generated waves I.</a> Rep. Res. Inst. Appl. Mech., Kyushu Univ. 16 (55), 459-482 (1968).</li><li>Toba, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Local+balance+in+the+air-sea+boundary+processes,+I.+On+the+growth+process+of+wind+waves.">Local balance in the air-sea boundary processes, I. On the growth process of wind waves.</a> J. Oceanog. Soc. Japan. 28, 109-120 (1972).</li><li>Toba, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Local+balance+in+the+air-sea+boundary+processes.+III.+On+the+spectrum+of+wind+waves.">Local balance in the air-sea boundary processes. III. On the spectrum of wind waves.</a> J. Oceanogr. Soc. Japan. 29, 209-220 (1973).</li><li>Hara, T., Bock, E. J., Donelan, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Frequency-wavenumber+spectrum+of+wind-generated+gravity-capillary+waves.">Frequency-wavenumber spectrum of wind-generated gravity-capillary waves.</a> J. Geoph. Res. 102, 1061-1072 (1997).</li><li>Caulliez, G., Gu&#233;rin, C. -. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Higher-order+statistical+analysis+of+short+wind+wave+fields.">Higher-order statistical analysis of short wind wave fields.</a> J. Geophys. Res. 117, C06002 (2012).</li><li>Mitsuyasu, H., Rikiishi, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+growth+of+duration-limited+wind+waves.">The growth of duration-limited wind waves.</a> J. Fluid Mech. 85, 705-730 (1978).</li><li>Kawai, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Generation+of+initial+wavelets+by+instability+of+a+coupled+shear+flow+and+their+evolution+to+wind+waves.">Generation of initial wavelets by instability of a coupled shear flow and their evolution to wind waves.</a> J. Fluid Mech. 93 (4), 661-703 (1979).</li><li>Waseda, T., Toba, Y., Tulin, M. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Adjustment+of+wind+waves+to+sudden+changes+of+wind+speed.">Adjustment of wind waves to sudden changes of wind speed.</a> J. Oceanography. 57, 519-533 (2001).</li><li>Uz, B. M., Hara, T., Bock, E. J., Donelan, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Laboratory+observations+of+gravity-capillary+waves+under+transient+wind+forcing.">Laboratory observations of gravity-capillary waves under transient wind forcing.</a> J. Geophys. Res.: Oceans. 108 (C2), (2003).</li><li>Hwang, P. A., Wang, D. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Field+measurements+of+duration-limited+growth+of+wind-generated+ocean+surface+waves+at+young+stage+of+development.">Field measurements of duration-limited growth of wind-generated ocean surface waves at young stage of development.</a> J. Phys. Oceanogr. 34 (10), 2316-2326 (2004).</li><li>Hwang, P. A., Garc&#237;a-Nava, H., Ocampo-Torres, F. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Observations+of+wind+wave+development+in+mixed+seas+and+unsteady+wind+forcing.">Observations of wind wave development in mixed seas and unsteady wind forcing.</a> J. Phys. Oceanogr. 41, 2340-2359 (2011).</li><li>Liberzon, D., Shemer, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimental+study+of+the+initial+stages+of+wind+waves'+spatial+evolution.">Experimental study of the initial stages of wind waves' spatial evolution.</a> J. Fluid Mech. 681, 462-498 (2011).</li><li>Miles, J. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On+generation+of+surface+waves+by+shear+flows.+Part+2.">On generation of surface waves by shear flows. Part 2.</a> J. Fluid Mech. 6 (4), 568-582 (1959).</li><li>Plant, W. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+relationship+between+wind+stress+and+wave+slope.">A relationship between wind stress and wave slope.</a> J. Geophys. Res. 87, 1961-1967 (1982).</li><li>Zavadsky, A., Shemer, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characterization+of+turbulent+air+flow+over+evolving+water-waves+in+a+wind-wave+tank.">Characterization of turbulent air flow over evolving water-waves in a wind-wave tank.</a> J. Geophys. Res. 117, C00J19 (2012).</li><li>Zavadsky, A., Liberzon, D., Shemer, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Statistical+analysis+of+the+spatial+evolution+of+the+stationary+wind+wave+field.">Statistical analysis of the spatial evolution of the stationary wind wave field.</a> J. Phys. Oceanogr. 43, 65-79 (2013).</li><li>Zavadsky, A., Benetazzo, A., Shemer, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On+the+two-dimensional+structure+of+short+gravity+waves+in+a+wind+wave+tank.">On the two-dimensional structure of short gravity waves in a wind wave tank.</a> Phys. Fluids. 29 (1), 016601 (2017).</li><li>Zavadsky, A., Shemer, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Investigation+of+statistical+parameters+of+the+evolving+wind+wave+field+using+Laser+Slope+Gauge.">Investigation of statistical parameters of the evolving wind wave field using Laser Slope Gauge.</a> Phys. Fluids. 29 (5), (2017).</li><li>Zavadsky, A., Shemer, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Water+waves+excited+by+near-impulsive+wind+forcing.">Water waves excited by near-impulsive wind forcing.</a> J. Fluid Mech. , (2017).</li></ol>

לעורכים יש דבר לחשוף.

פרוטוקול הניסוי הנוכחי מכוונת אפיון כמותי של שדה גל תחת רוח לא יציב מכריח מתפתח בזמן ובמרחב. כיוון הרוח-גלים במהותו אקראי ותלת -ממדיים, ובכך להשתנות במהירות בזמן ובמרחב, רשומות של מימושים בודדים של שדה גל גדל תחת רוח תלויי-זמן אילוץ יכול לספק רק הערכות איכותי של המסדירים גל פרמטרים. כדי להשיג את המטרה של פרוטוקול זה ולקבל מאפיינים של גל אמין מבחינה סטטיסטית זמן fetch ותלוי, זמן לפתור אנסמבל בממוצע של אינספור מסלולי ניסיוני עם תבנית זהה של וריאציה הרוח בזמן יש להחיל. מאחר הצטברות כזה מפורט ומידע נרחב עבור מטרה שונים הטורנדו, fetches זמן רב מאוד, ההליך ניסיוני חייב להיות אוטומטיות, גמיש מספיק כדי לאפשר את ההתאמות הדרושות עבור שונים רוח לכפות תנאים. לפי מיטב ידיעתנו, ההליך ניסיוני המתואר בכתב היד כי הוא מסוגל לספק גל סטטיסטי מגוון פרמטרים שדה תחת הרוח משתנה כופה עם רזולוציה טמפורלית הגיאופוליטיות והמרחביות היה ברובו אינו זמין עד עכשיו.
שימו לב כי משך הזמן של ניסויים הדרושים לביצוע מדידות גל בגל מעבדה טנק גדל באופן משמעותי עם הגודל של המתקן. זה באופן חלקי בגלל משך שלב הצמיחה של גל עולה עם fetch (ראה איור 6). אורכי הגל ותקופות גם לגדול עם fetch17,21,23,24, וכך במשך צבירת נתונים מייצגים סטטיסטית, משך הניסוי בכל ריצה צריך להיות ארוך בהשוואה התקופה המקבילה הגל הדומיננטי. מימושים בודדים-fetches באופן משמעותי יותר מאשר אלה מועסקים במחקר הנוכחי יש ובכך להיות ממושך. חשוב יותר, נרגש על ידי הרוח במתקן ניסיוני בכל אורכי הגל הארוך הם מסדר האורך האופייני של הטנק. הגלים שאריות שנותרו במיכל לאחר הכיבוי של הרוח מתקן גדול יותר וכך דורשים יותר פעמים על הריקבון שלהם. המרווח בין ריצות רצופות במיכל גל גדול הנדרש כדי לחזור אל פני המים באין מפריע לכן חייב להיות ניכר כבר יותר ממרווח שש דקות המועסקים בניסויים שלנו.
הגישה הכללית המתוארת לעיל יכול להיות מיושם למגוון רחב של רוח לא יציב ויציבה לכפות תנאים. כתב יד זה, נבחר וריאציית הטמפורלי של רוח מכריח עם המטרה של הפעלת ההצטברות של גוף חזק של נתונים ללמוד שדה גל לא יציב תחת הרוח ביעילות אימפולסיבי מכריח והכיבוי, כמו גם תחת רוח יציב לאלץ. לשם כך, הוקדשה כדי להבטיח כי פני המים היה רגוע, ללא הפרעה לפני אתחול של כל הפעלה ניסיונית. בכל איטרציה, הרוח החלה כמעט בפזיזות על ידי מתקשרים ולאחר מכן קצב זרימת אוויר נשאר קבוע במשך זמן רב מספיק (2 דקות בניסויים הנוכחי), אחרי אשר מתקשרים היה סגור. גישה זו מאפשרת ללמוד בנפרד חנותם המתפתחת שדות גל גדל מ פני המים בתחילה רגוע למצב יציב ומעין-המהירות fetch ורוח נתון ולאחר מכן המאפיין של גלים תחת רוח יציב מכריח, ולבסוף קרינת גלי ברגע רוח מכריח בפתאומיות כיבוי.
משך הזמן של כל מימוש בודדים במחקר הנוכחי המכיל את תירגע תקופת ובכך חורג 8 דקות. לכן, ניסויים הנתונים שנצברו עבור 100 עצמאי פועל במהירות fetch יחיד, מהירות הרוח יעד אחרונה כמעט 15 שעות (כולל משך ההליך כיול מד גל). ברור כי עבור כזה מאמץ מוצלח, זה הכרחי כי כל תהליך ניסיוני יכול להתבצע באופן אוטומטי, כלומר לחלוטין ללא התערבות אנושית.
לכן צריך להדגיש כי הן את גודל צנוע של המתקן שלנו ואת ההליכים מדידה וכיול אוטומטי לחלוטין היו חיונית עבור מימוש הגישה ניסיוני המאומץ. בעוד תוצאות מפורטות על האבולוציה שדה-גל תחת אילוץ לא יציב, יוצגו בעתיד במקום אחר, זה לכאורה באיור 6, איור 7, איור 8 מידע זמין בעבר זה בסדר על הפרטים של האבולוציה גל נצבר במחקר הנוכחי. מידע זה ישמש כדי לאמת מודלים תיאורטיים שונים העוסקים עירור גלים על-ידי רוח1,2,3,4,5,24.

מאז ימי קדם, זה היה ידוע כי גלים על משטחים מים שמחים על ידי הרוח. ההבנה הנוכחית של המנגנונים הפיזי המנהלות תהליך זה הוא רחוק מלהספיק. תיאוריות רבות מנסה לתאר גל דור הוצעו לאורך שנים1,2,3,4, אולם אימות ניסיוני אמין שלהם אינה זמינה עדיין. המידות הרוח אקראי-גלים באוקיינוס הם מאתגר ביותר בשל רוח בלתי צפויים שעשויים להשתנות במהירות לכיוון באותה מידה כמו בסולם ריכטר. ניסויי מעבדה נחמדים יש יתרון לשליטה תנאים המאפשרים מדידות זמן ממושך ולא הדיר.
תחת רוח יציב מכריח בסביבת מעבדה, רוח-גלים להתפתח בחלל. הניסויים הראשונים מעבדה על גלי תחת אילוץ יציב שבוצעה לפני עשרות שנים היו מוגבלים עד גובה פני השטח מיידי מדידות5,6,7,8. מחקרים מאוחרים יותר מועסקים גם טכניקות שונות אופטי למדידת זווית הנטייה משטח מים מיידי, כגון LSG9,10. מדידות אלה מותר להזדיין מוגבלת מידע איכותי על מבנה תלת ממדי של שדות גל. כאשר הרוח מכריח היא יציבה, כפי שהיא שדה ניסויים, מורכבות נוספת הוא הציג לבעיה של עירור של גלי מים על ידי הרוח, מאז פרמטרים סטטיסטיים של שדה גל המתקבל משתנים לא רק בחלל אך בבוא העת גם כן. הניסיונות שנעשו עד כה כדי לתאר דפוסי ההתפתחות גל איכותית, באופן כמותי תחת תלויי-זמן מכריח היו רק הצלחה חלקית11,12,13,14 , 15 , 16. התרומה היחסית של מנגנונים שונים פיזי סביר שעשוי להוביל עירור וצמיחה של גלי עקב פעולה רוח ידוע בעיקר.
במתקן ניסיוני שלנו תוכנן במטרה מאפשר ההצטברות של מידע סטטיסטי מדויק ומגוון על וריאציה של גל ים-מאפייני שדה תחת רוח יציב או לא יציב או אילוץ. שני גורמים עיקריים הקלה בביצוע מחקרים אלה נתונים היסטוריים. ראשית, גודל צנוע של התוצאות מתקן באבולוציה האופיינית קצר יחסית אומד בזמן ובמרחב. שנית, הניסוי כולו נשלטת במלואה על ידי מחשב, ובכך מאפשר את הביצועים של מסלולי הניסוי בתנאים שונים ניסיוני כמעט באופן אוטומטי ללא התערבות אנושית. תכונות אלה של הסידור ניסיוני בעלות חשיבות מכרעת בביצוע ניסויים על גלי נרגשת בין השאר על ידי הרוח אימפולסיבי.
הצמיחה המרחבי של גלי רוח תחת אילוץ יציב נחקרה במתקן שלנו עבור טווח המהירויות ' רוח '17. התוצאות הושוו עם הערכות קצב הצמיחה מבוסס על תיאוריה18 Miles, כפי שהוצגו על ידי הצמח19. ההשוואה חשף כי תוצאות ניסויים שונים ובמיוחד תחזיות תיאורטיות. פרמטרים חשובים נוספים היו גם שהושג ב17, כגון לחץ כלומר ירידה סעיף מבחן, וכן הערכים המוחלטים של שלבים של תנודות האופיינית לחץ סטטי. גזירה על הממשק אוויר מים חיוני עבור אפיון של העברת תנע ואנרגיה בין17,של רוח וגלים -19. לכן, מפורט מדידות של השכבה גבול לוגריתמי ותנודות סוערים בזרימת האוויר מעל המים גלים בוצעו ב fetches רבים ורוח מהירויות20. ערכי החיכוך מהירות u* -הממשק מים אוויר נקבע במחקר זה שימשו כדי לקבל פרמטרים סטטיסטיים שהוא של הגלים-הרוח נמדד שלנו מתקן21. ערכים אלה הושוו עם הפרמטרים שהוא המקביל בשנת התקנות ניסיוני גדולות, שדה ניסויים. הוכח בעבר21 כי עם קנה המידה הנכון, המאפיינים החשובים של השדה גל שהושג במתקן בקנה מידה קטן שלנו לא נבדלים באופן משמעותי הנתונים המתאימים שנצבר במעבדה גדול יותר התקנות ומדידות לים הפתוח. פרמטרים אלה כוללים גידול המרחבי של גובה הגל נציג, אורך הגל, הצורה של הספקטרום תדר של גובה פני השטח, כמו גם את הערכים של רגעים סטטיסטית גבוהה יותר.
המחקרים הבאים ביצעה22,שלנו מתקן23 הראה כי רוח גלים הם בעיקרו של דבר אקראי ותלת -ממדיים. כדי לקבל תובנה טובה יותר לתוך מבנה תלת-ממדי של גלי הרוח, נעשה ניסיון לבצע מדידות כמותיים תלויי-זמן של גובה פני המים על פני שטח מורחבים באמצעות דימות סטריאו וידאו22. בגלל אספקת החשמל למחשב לקוי לרשותכם הנוכחי, בעיבוד אלגוריתמים שאינם עדיין מספיק יעיל, ניסיונות אלה התבררה רק הצלחה חלקית. עם זאת, הוכח כי שימוש משולב לאמוד גל קיבוליות קונבנציונלי-סוג של LSG מספק מידע חשוב על המבנה המרחבי של גלי הרוח. היישום בו זמנית של שני כלים אלה מאפשר מדידות עצמאי עם רזולוציה טמפורלית גבוהה של גובה פני השטח מיידי ושל שני מרכיביה של מדרון משטח מיידי23. מדידות אלה מאפשרות אומדן הן דומיננטי תדירות, אורך הגל הדומיננטי של הגלים, כמו גם מתן תובנה המבנה הגלי בכיוון נורמלית ברוח. צינור פיטו, אשר ניתן להעביר אנכית על ידי מנוע מבוקרת מחשב, משלים את ערכת חיישנים ומשמש למדידות של מהירות הרוח.
כל מחקרים אלה הבהיר תוצרת אקראיות, אתמהא הרוח גלים לגרום משמעותי השתנות הפרמטרים נמדד גם עבור יציב הרוח מכריח, מיקום המדידה יחיד. לפיכך, ממושך מדידות עם משך בקנה אחד עם הזמן האופייני סולמות של השדה גל נמדד נדרשים לצבור מידע מספיק עבור חילוץ כמויות סטטיסטי אמין. כדי לזכות בתובנה פיזי יקר מנגנונים המסדירים וריאציה המרחבי של השדה גל, זה הכרחי כדי לבצע מדידות במקומות רבים ועל ערכים רבים של קצב זרימת רוח ככל האפשר בסעיף מבחן. כדי להשיג מטרה זו, ולכן רצוי מאוד ליישם ניתוח ניסיוני אוטומטית.
ניסויים על גלי נרגש על-ידי רוח לא יציב אילוץ מציגים רמה נוספת של מורכבות. במחקרים כאלה, זה הכרחי להתייחס הפרמטרים נמדד מיידי הרמה מיידי של מהירות הרוח. שקול ניסויים על גלי נרגש משאר יכפו רוח כמעט אימפולסיבי בתור דוגמה חשובה. במקרה זה, מדידות עצמאיים רבים נדרשים של השדה גל מתפתח תחת הפעולה של הרוח משתנה עם הזמן בעקבות את התבנית שנקבעה באותו24. פרמטרים סטטיסטיים משמעות, באה לידי ביטוי גם פונקציה של הזמן שחלף מאז אתחול של זרימת אוויר, ואז מחושבים לפי ממוצע של הנתונים שחולצו מן האנסמבל מצטבר של מימושים עצמאית. התחייבות זו עשויה להיות כרוכה עשרות ומאות שעות של דגימה רציפה. משך הזמן הכולל של הפעלות ניסיוני נדרש לבצע משימה כל כך שאפתנית מעבד את כל התבנית ישים, אלא אם הניסוי הוא אוטומטי לחלוטין. מלא ממוחשב ניסיוני פרוצדורה משפטית כזאת לא במתקני גל ים-פותחה עד לאחרונה. . זה בין הסיבות העיקריות חוסר אמינות נתונים סטטיסטיים על גלי רוח תחת אילוץ לא יציב.
מאז המתקן המשמש את הניסוי לא נבנית זמינים מסחרית, חומרה מדף, תיאור קצר של חלקיו העיקריים מסופק כאן.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56480/56480fig1.jpg"> איור 1. מפרטים טכניים (לא לשנות את קנה המידה) תצוגה של מתקן ניסיוני. 1 - מפוח; 2 - תזרים להתיישב לחדר; 3 - יצוא להתיישב לחדר; 4 - משתיק תיבות; 5 - סעיף מבחן; עם 6 - החוף; 7 - מחליף חום; 8 - חלת דבש; 9 - זרבובית; 10 - wavemaker; 11 - דש; 12 - מכשיר הכרכרה; 13 - מד גל מונע על ידי מנוע stepper; 14 - צינור פיטו מונע על ידי מנוע stepper. <a href="https://cloudflare-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56480/56480fig1large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
מתקן ניסיוני מורכב במנהרת רוח לולאה סגורה רכוב נגמר טנק גל (מבט סכמטי מוצג באיור1). סעיף מבחן הוא 5 מ', 0.4 מ', וגובהה 0.5 m עמוק. ובמכסה והרצפה עשויים לוחות זכוכית עבה 6 מ מ, מוקפים בתוך מסגרת עשויה פרופילי אלומיניום. קפל זמן 40-ס מספק של הרחבת חלקה של חתך הרוחב זרימת האוויר מן הצינור אל פני המים. גל אנרגיה קליטת חוף חומר נקבובי אריזה הינו ממוקם בקצה של הטנק. מפוח מבוקר-מחשב מאפשר השגת מהירות זרימת האוויר אומר בסעיף מבחן עד 15 m/s.
המונה 100 מ מ באורך גל של קיבול בהזמנה אישית-סוג מורכב טנטלום מגולוון. חוט 0.3 מ מ, מותקן על שלב אנכי מונע על ידי מנוע צעד מבוקר מחשב המיועד לכיול מד גל. צינור פיטו בקוטר של 3 מ מ משמשת למדידת הלחץ דינמי בחלקו המרכזי זרימת האוויר של סעיף מבחן.
LSG, מדידת שיפוע משטח מים 2D מיידי, מותקן על מסגרת מנותקת סעיף מבחן זה ניתן למקם בכל מקום לאורך הטנק (איור 2). LSG מורכב מארבעה חלקים עיקריים: של דיודת לייזר, עדשות פרנל, מסך המפזרת, אסיפה גלאי חישה עמדה (PSD). דיודת לייזר יוצרת 650 nm (אדום), 200 mW ניתן למיקוד קרן לייזר עם קוטר של-0.5 מ מ. הקוטר ס מ 26.4 פרנל עדשה עם אורך מוקד של 22.86 ס מ מנחה את קרן הלייזר נכנס למסך 25 x 25 ס מ2 המפזרת ממוקם בתוך המטוס בחזרה מוקד של העדשה.
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56480/56480fig2.jpg"> באיור 2. הצג סכימתי של מד שיפוע לייזר (LSG). 1 - לייזר דיודה; 2 - עדשת פרנל; 3 - מסך דיפוזיה; 4 - מיקום חיישן גלאי (PSD). <a href="https://cloudflare-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56480/56480fig2large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
פרוטוקול זה מתאר את ההליך המאפשר ביצוע ניסויים שבהם פרמטרים רבים אפיון גלים לא יציב נמדדים בו-זמנית תחת רוח תלויי-זמן מכריח. ניתן לכוונן את ההליך בכל הרצוי התלות של מהירות הרוח זמן אשר יכולה להיות מושגת על רקע המגבלות הטכניות של מתקן ניסיוני. בפרוטוקול הנוכחי מתאר במפורש ניסויים, שבו כל מימוש הרוח מתחילה כמעט בפזיזות מעל המים רגועים בתחילה. הרוח יציב מכריח ואז נמשך מספיק זמן לזה השדה גל בכל מקום בסעיף מבחן משיגה המדינה ומעין יציב. הרוח בסופו של דבר נסגר למטה, שוב כמעט בפזיזות. בכל שלבי, נרשמים פרמטרים גל מרובים. הליך זה מאפשר חישוב של רבים סטטיסטית נציג בממוצע-אנסמבל כמויות אפיון השדה מיידי מקומיים-גל הוא רומן, פותחה במהלך הניסויים האחרונים ביצעו במתקן שלנו 22 , 23 , 24.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>PSD</td>
			<td>THORLABS</td>
			<td>PDP90A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Laser Diode</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>any laser pointer &#8804; 200 mW</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Aspheric Fresnel Lens</td>
			<td>EDMUND OPTICS</td>
			<td>#46-390</td>
			<td>Diameter 10.4&#39;&#39;, Focal length 9&#39;&#39;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Wave-gauge</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>custom made</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pressure Transducer</td>
			<td>MAMAC SYSTEMS</td>
			<td>PR-274-R2-VDC</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Signal Conditioner</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>custom made</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Diffusive screen</td>
			<td>EDMUND OPTICS</td>
			<td>#02-147</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Water tank</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>custome made</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>A/D card PCI-6221</td>
			<td>National Instruments</td>
			<td>779066-01</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pitot tube</td>
			<td>KIMO Instruments</td>
			<td>12971</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>15&#176; Nom. VIS-NIR Coated, Wedge Prism</td>
			<td>EDMUND OPTICS</td>
			<td>#47-624</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>10&#176; Nom. VIS 0&#176; Coated, Wedge Prism</td>
			<td>EDMUND OPTICS</td>
			<td>#49-444</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>2.5&#176; Nom. Fused Silica Wedge Prism Uncoated</td>
			<td>EDMUND OPTICS</td>
			<td>#84-863</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>4&#176; Nom. Uncoated, Wedge Prism</td>
			<td>EDMUND OPTICS</td>
			<td>#43-650</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>5.0&#176; Nom. Fused Silica Wedge Prism Uncoated</td>
			<td>EDMUND OPTICS</td>
			<td>#84-865</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LabView Full Development System</td>
			<td>National Instruments</td>
			<td>776670-35</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

measurements of waves in a wind-wave tank under steady and time-varying wind forcing

כתב יד זה מתאר הליך ניסוי מאפשר קבלת מידע כמותי מגוונות על האבולוציה הגיאופוליטיות והמרחביות הטמפורלי של גלי מים מתרגש על-ידי אילוץ רוח תלויי-זמן ויציבה. מד קיבול מסוג גל ו מד שיפוע לייזר (LSG) משמשים כדי למדוד את גובה פני השטח מים מיידי, שני מרכיביה של המדרון משטח מיידי במספר מקומות לאורך סעיף מבחן של מתקן גל. מתקשרים מבוקר-מחשב מספק זרימת האוויר מעל המים במיכל שקצב יכול להשתנות עם הזמן. בניסויים הנוכחי, מהירות הרוח בסעיף מבחן בתחילה מגדיל במהירות משאר לערך קבוע. לאחר מכן נשמר קבוע למשך פרק הזמן שנקבע; בסופו של דבר, זרימת האוויר כיבוי. בתחילת כל הפעלה ניסיונית, פני המים הוא רגוע, אין רוח. הפעולה של מתקשרים הוא שיזם בו זמנית עם רכישת נתונים שסופקו על-ידי כל החיישנים מחשב; חדרי קירור והקפאה ממשיך עד הגלים במיכל מלא ריקבון. מספר הרצפים עצמאית תחת כפייה בתנאים זהים לאפשר קביעת אמין מבחינה סטטיסטית בממוצע-אנסמבל מאפיין פרמטרים המתארים באופן כמותי הוריאציה של רוח-גלים בזמן לשלב הפיתוח כמו פונקציית המקל. ההליך מאפשר גם אפיון ההתפתחות המרחבית של השדה גל תחת רוח יציב מכריח, כמו גם קרינת גלים בזמן, ברגע שהרוח כיבוי, כפונקציה של fetch.

התוצאות נציג בממוצע-אנסמבל מותוות בתרשימי איור 6, איור 7ו- 8 איור. הווריאציות של הערכים RMS של1/גובה פני השטח מיידי <η2>2 המאפיינת את משרעת גלי רוח אקראי כפי שהוצג באיור 6 כפונקציה של הזמן שחלף מאז חניכה של מתקשרים. התוצאות מוצגות 3 מהצירים wavemaker, x, ועבור היעד שלושה הטורנדו, U.
עבור קבוע fetch x, להגדיל amplitudes גל האופייניים של המדינה מעין קבוע שיווי משקל עם מהירות הרוח U; עם זאת, משך הזמן הדרוש כדי להשיג את הערך יציב הקבועה של <η2>1/2 לאחר החניכה של מתקשרים לא נראה תלוי בחום U -כל נתון אקס הערכים שיווי משקל של amplitudes גל אופיינית עבור ערך יעד קבוע של הרוח מכריח U הגדל עם fetch. שימו לב גם כי וריאציה של קצב השינוי של <η2>1/2 לזיהוי בעיקול כל המותווים איור 6, רומז בבירור כי קיימים שלבים בבית הגידול רוח-גלים תהליך. אנסמבל ממוצע הערכים RMS של הרוח ואת הצולבת מדרון רכיבים, <ηx2>1/2 ו- <ηy2>1/ 2, הותוו איור 7 שני fetches, שני ערכים של מדד את מהירות הרוח U.
זה מתבטא מן ההשוואה של איור 6 ו- איור 7 כי הזמן האופייני סולמות של וריאציה של שני הרכיבים מדרון פני השטח הם אף קצרה יותר מאשר המשקל המתאים של וריאציית גובה פני השטח. הערכים ומעין יציב של <ηx2>1/2 ו-1/<ηy2>2 הם באותו סדר גודל הצפוי, למרות האופיינית מדרונות בכיוון הצולבת קטנים המדרונות בכיוון לאורך-רוח. תוצאות אלה מציינים כי גלי רוח הם קצרים-ציצית ותלת -ממדיים. ערכי השיפוע האופיינית בשני הכיוונים תחת רוח יציב ומעין מכריח נראה להיות עצמאית ביסודו של fetch x, אבל להגדיל עם מהירות הרוח U. מבט מקרוב על וריאציית הטמפורלי של רכיבי מדרון שני עבור קבוע x ו- U מגלה כי הגידול הראשוני <ηx2>1/2 הוא עקבי ו ובמיוחד מהר יותר של <ηy2>1/2. לפיכך, בשלב מאוד מוקדם של הגידול של הגלים הראשונית המופיעות על פני המים רגועים של הפעלת רוח, הם ניתן לראות כ דו מימדי. שלב זה נמשך רק שבריר של שנייה אחת; עם זאת, חשוב להדגיש, כי אתמהא חיוני של השדה גל מפתחת עם עיכוב מסוים.
אופן הפעולה של השדה גל לאחר הכיבוי של מתקשרים מוצג באיור8. הגלים שנותר במיכל מתנוונים במהירות, ביעילות נעלם לאחר כ- 1 דקות.
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56480/56480fig6.jpg"> איור 6. וריאציה הטמפורלי של RMS של גובה פני השטח. האיור מדגים כי הזמן מאזני וריאציה של גובה הגל האופיינית המיוצג על-ידי <η2>1/2 תלויה את מהירות הרוח יעד U על fetch. x. <a href="https://cloudflare-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56480/56480fig6large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56480/56480fig7.jpg"> איור 7. וריאציה עם הזמן של RMS הרכיבים מדרון משטח הרוח/קרוס-רוח. בממוצע-אנסמבל ערכי RMS של הרוח ואת רכיבי מדרון הצולבת, <ηx2>1/2 ו- <ηy2>1/2, מותוות כאן. <a href="https://cloudflare-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56480/56480fig7large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
<img alt="Figure 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56480/56480fig8.jpg"> איור 8. דעיכה של הרוח-הגל שהוגשה לאחר הכיבוי של מתקשרים. את אנסמבל ממוצע הערכים RMS של הרוח ואת רכיבי מדרון הצולבת, <ηx2>1/2 ו- <ηy2>1/2, ההתוויה של איור 7 שני fetches, שני ערכים של מדד את מהירות הרוח U. <a href="https://cloudflare-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56480/56480fig8large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
משלים איור 1: ממשק המשתמש התוכנה שהותקן עבור רכישת נתונים. <a href="https://cloudflare-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56480/Print_screen_Labview_transient_case.jpg">אנא לחץ כאן כדי להוריד את הקובץ.</a>

Watch this Scientific Journal Video about Measurements of Waves in a Wind-wave Tank Under Steady and Time-varying Wind Forcing at JoVE.com

Measurements of Waves in a Wind-wave Tank Under Steady and Time-varying Wind Forcing

כתב יד זה מתאר הליך מלא מבוקר-מחשב זה מאפשר קבלת אמין פרמטרים סטטיסטיים מן הניסויים של גלי מים מתרגש על-ידי רוח לא יציב ויציבה אילוץ במתקן בקנה מידה קטן.

מדידות של גלים בתוך מיכל גל תחת רוח יציב ולא משתנה הזמן מכריח

This manuscript describes an experimental procedure that allows obtaining diverse quantitative information on temporal and spatial evolution of water ...

measurements-waves-wind-wave-tank-under-steady-time-varying-wind

Nanyang Technological University

Research

Education

JoVE Journal

JoVE Core

Engineering

Physics

Electrical Engineering

Unit 1

First and Second-Order Circuits

Waves

SCIENTISTS IN ACTION

8.6K Views.  Tel-Aviv University. כתב יד זה מתאר הליך מלא מבוקר-מחשב זה מאפשר קבלת אמין פרמטרים סטטיסטיים מן הניסויים של גלי מים מתרגש על-ידי רוח לא יציב ויציבה אילוץ במתקן בקנה מידה קטן.

Video: Measurements of Waves in a Wind-wave Tank Under Steady and Time-varying Wind Forcing

Measuring Material Microstructure Under Flow Using 1-2 Plane Flow-Small Angle Neutron Scattering

A new small-angle neutron scattering (SANS) sample environment optimized for studying the microstructure of complex fluids under simple shear flow is presented. The SANS shear cell consists of a concentric cylinder Couette geometry that is sealed and rotating about a horizontal axis so that the vorticity direction of the flow field is aligned with the neutron beam enabling scattering from the 1-2 plane of shear (velocity-velocity gradient, respectively). This approach is an advance over previous shear cell sample environments as there is a strong coupling between the bulk rheology and microstructural features in the 1-2 plane of shear. Flow-instabilities, such as shear banding, can also be studied by spatially resolved measurements. This is accomplished in this sample environment by using a narrow aperture for the neutron beam and scanning along the velocity gradient direction. Time resolved experiments, such as flow start-ups and large amplitude oscillatory shear flow are also possible by synchronization of the shear motion and time-resolved detection of scattered neutrons. Representative results using the methods outlined here demonstrate the useful nature of spatial resolution for measuring the microstructure of a wormlike micelle solution that exhibits shear banding, a phenomenon that can only be investigated by resolving the structure along the velocity gradient direction. Finally, potential improvements to the current design are discussed along with suggestions for supplementary experiments as motivation for future experiments on a broad range of complex fluids in a variety of shear motions.

A shear cell is developed for small-angle neutron scattering measurements in the velocity-velocity gradient plane of shear and is used to characterize complex fluids. Spatially resolved measurements in the velocity gradient direction are possible for studying shear-banding materials. Applications include investigations of colloidal dispersions, polymer solutions, and self-assembled structures.

מדידת חומר מיקרו תחת זרם באמצעות 1-2 מטוס זרימה קטן זווית ניוטרון פיזור

A new small-angle neutron scattering (SANS) sample environment optimized for studying the microstructure of complex fluids under simple shear flow is ...

Preparation and Friction Force Microscopy Measurements of Immiscible, Opposing Polymer Brushes

Solvated polymer brushes are well known to lubricate high-pressure contacts, because they can sustain a positive normal load while maintaining low friction at the interface. Nevertheless, these systems can be sensitive to wear due to interdigitation of the opposing brushes. In a recent publication, we have shown via molecular dynamics simulations and atomic force microscopy experiments, that using an immiscible polymer brush system terminating the substrate and the slider surfaces, respectively, can eliminate such interdigitation. As a consequence, wear in the contacts is reduced. Moreover, the friction force is two orders of magnitude lower compared to traditional miscible polymer brush systems. This newly proposed system therefore holds great potential for application in industry. Here, the methodology to construct an immiscible polymer brush system of two different brushes each solvated by their own preferred solvent is presented. The procedure how to graft poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAM) from a flat surface and poly(methyl methacrylate) (PMMA) from an atomic force microscopy (AFM) colloidal probe is described. PNIPAM is solvated in water and PMMA in acetophenone. Via friction force AFM measurements, it is shown that the friction for this system is indeed reduced by two orders of magnitude compared to the miscible system of PMMA on PMMA solvated in acetophenone.

The methodology to perform friction force microscopy experiments for contacting brushes is presented: Two polymer brushes that are grafted from (a) substrates and (b) colloidal probes are slid to show that, by using two contacting immiscible brush systems, friction in sliding contacts is reduced compared to miscible brush systems.

מדידות הכנה וחיכוך מיקרוסקופית כוח של immiscible, המתנגדות למברשות פולימר

Solvated polymer brushes are well known to lubricate high-pressure contacts, because they can sustain a positive normal load while maintaining low ...

Preparation and Evaluation of Hybrid Composites of Chemical Fuel and Multi-walled Carbon Nanotubes in the Study of Thermopower Waves

When a chemical fuel at a certain position in a hybrid composite of the fuel and a micro/nanostructured material is ignited, chemical combustion occurs along the interface between the fuel and core materials. Simultaneously, dynamic changes in thermal and chemical potentials across the micro/nanostructured materials result in concomitant electrical energy generation induced by charge transfer in the form of a high-output voltage pulse. We demonstrate the entire procedure of a thermopower wave experiment, from synthesis to evaluation. Thermal chemical vapor deposition and the wet impregnation process are respectively employed for the synthesis of a multi-walled carbon nanotube array and a hybrid composite of picric acid/sodium azide/multi-walled carbon nanotubes. The prepared hybrid composites are used to fabricate a thermopower wave generator with connecting electrodes. The combustion of the hybrid composite is initiated by laser heating or Joule-heating, and the corresponding combustion propagation, direct electrical energy generation, and real-time temperature changes are measured using a high-speed microscopy system, an oscilloscope, and an optical pyrometer, respectively. Furthermore, the crucial strategies to be adopted in the synthesis of hybrid composite and initiation of their combustion that enhance the overall thermopower wave energy transfer are proposed.

A protocol for conducting thermopower wave experiments is presented. The synthesis of hybrid composites of a chemical fuel and micro/nanostructured material, manufacturing of a thermopower wave generator, and methods for measuring the corresponding physical phenomena are described.

הכנה והערכה של חומרים מרוכבים היברידיים כימי דלק ורב חומת פחמן בחקר גלי Thermopower

When a chemical fuel at a certain position in a hybrid composite of the fuel and a micro/nanostructured material is ignited, chemical combustion occurs ...

Speciation and Bioavailability Measurements of Environmental Plutonium Using Diffusion in Thin Films

The biological uptake of plutonium (Pu) in aquatic ecosystems is of particular concern since it is an alpha-particle emitter with long half-life which can potentially contribute to the exposure of biota and humans. The diffusive gradients in thin films technique is introduced here for in-situ measurements of Pu bioavailability and speciation. A diffusion cell constructed for laboratory experiments with Pu and the newly developed protocol make it possible to simulate the environmental behavior of Pu in model solutions of various chemical compositions. Adjustment of the oxidation states to Pu(IV) and Pu(V) described in this protocol is essential in order to investigate the complex redox chemistry of plutonium in the environment. The calibration of this technique and the results obtained in the laboratory experiments enable to develop a specific DGT device for in-situ Pu measurements in freshwaters. Accelerator-based mass-spectrometry measurements of Pu accumulated by DGTs in a karst spring allowed determining the bioavailability of Pu in a mineral freshwater environment. Application of this protocol for Pu measurements using DGT devices has a large potential to improve our understanding of the speciation and the biological transfer of Pu in aquatic ecosystems.

The technique of diffusive gradients in thin films (DGT) is proposed for speciation studies of plutonium. This protocol describes diffusion experiments probing the behavior of Pu(IV) and Pu(V) in presence of organic matter. DGTs deployed in a karstic spring allow assessment of the bioavailability of Pu.

מדידות התפצלות וזמינות ביולוגיות של הסביבה פלוטוניום שימוש דיפוזיה בThin Films

The biological uptake of plutonium (Pu) in aquatic ecosystems is of particular concern since it is an alpha-particle emitter with long half-life which can ...

Experimental Protocol to Investigate Particle Aerosolization of a Product Under Abrasion and Under Environmental Weathering

The present article presents an experimental protocol to investigate particle aerosolization of a product under abrasion and under environmental weathering, which is a fundamental element to the approach of nanosafety-by-design of nanostructured products for their durable development. This approach is basically a preemptive one in which the focus is put on minimizing the emission of engineered nanomaterials' aerosols during the usage phase of the product's life cycle. This can be attained by altering its material properties during its design phase without compromising with any of its added benefits. In this article, an experimental protocol is presented to investigate the nanosafety-by-design of three commercial nanostructured products with respect to their mechanical solicitation and environmental weathering. The means chosen for applying the mechanical solicitation is an abrasion process and for the environmental weathering, it is an accelerated UV exposure in the presence of humidity and heat. The eventual emission of engineered nanomaterials is studied in terms of their number concentration, size distribution, morphology and chemical composition. The purpose of the protocol is to study the emission for test samples and experimental conditions which are corresponding to real life situations. It was found that the application of the mechanical stresses alone emits the engineered nanomaterials' aerosols in which the engineered nanomaterial is always embedded inside the product matrix, thus, a representative product element. In such a case, the emitted aerosols comprise of both nanoparticles as well as microparticles. But if the mechanical stresses are coupled with the environmental weathering, the experimental protocol reveals then the eventual deterioration of the product, after a certain weathering duration, may lead to the emission of the free engineered nanomaterial aerosols too.

In this article, an experimental protocol to investigate particle aerosolization of a product under abrasion and under environmental weathering is presented. Results on the emission of engineered nanomaterials, in the form of aerosols are presented. The specific experimental set-up is described in detail.

פרוטוקול ניסוי לחקור חלקיקי Aerosolization של מוצרים תחת שחיקה תחת בלית הסביבה

The present article presents an experimental protocol to investigate particle aerosolization of a product under abrasion and under environmental ...

Automation of Mode Locking in a Nonlinear Polarization Rotation Fiber Laser through Output Polarization Measurements

When a laser is mode-locked, it emits a train of ultra-short pulses at a repetition rate determined by the laser cavity length. This article outlines a new and inexpensive procedure to force mode locking in a pre-adjusted nonlinear polarization rotation fiber laser. This procedure is based on the detection of a sudden change in the output polarization state when mode locking occurs. This change is used to command the alignment of the intra-cavity polarization controller in order to find mode-locking conditions. More specifically, the value of the first Stokes parameter varies when the angle of the polarization controller is swept and, moreover, it undergoes an abrupt variation when the laser enters the mode-locked state. Monitoring this abrupt variation provides a practical easy-to-detect signal that can be used to command the alignment of the polarization controller and drive the laser towards mode locking. This monitoring is achieved by feeding a small portion of the signal to a polarization analyzer measuring the first Stokes parameter. A sudden change in the read out of this parameter from the analyzer will occur when the laser enters the mode-locked state. At this moment, the required angle of the polarization controller is kept fixed. The alignment is completed. This procedure provides an alternate way to existing automating procedures that use equipment such as an optical spectrum analyzer, an RF spectrum analyzer, a photodiode connected to an electronic pulse-counter or a nonlinear detecting scheme based on two-photon absorption or second harmonic generation. It is suitable for lasers mode locked by nonlinear polarization rotation. It is relatively easy to implement, it requires inexpensive means, especially at a wavelength of 1550 nm, and it lowers the production and operation costs incurred in comparison to the above-mentioned techniques.

A protocol to detect and automate mode locking in a pre-adjusted nonlinear polarization rotation fiber laser is presented. The detection of a sudden change in the output polarization state when mode locking occurs is used to command the alignment of an intra-cavity polarization controller in order to find mode-locking conditions.

אוטומציה של מצב נעילה בתוך לייזר סיב סיבוב קוי קיטוב באמצעות מדידות קיטוב פלט

When a laser is mode-locked, it emits a train of ultra-short pulses at a repetition rate determined by the laser cavity length. This article outlines a ...

Fabrication and Operation of Acoustofluidic Devices Supporting Bulk Acoustic Standing Waves for Sheathless Focusing of Particles

Acoustophoresis refers to the displacement of suspended objects in response to directional forces from sound energy. Given that the suspended objects must be smaller than the incident wavelength of sound and the width of the fluidic channels are typically tens to hundreds of micrometers across, acoustofluidic devices typically use ultrasonic waves generated from a piezoelectric transducer pulsating at high frequencies (in the megahertz range). At characteristic frequencies that depend on the geometry of the device, it is possible to induce the formation of standing waves that can focus particles along desired fluidic streamlines within a bulk flow. Here, we describe a method for the fabrication of acoustophoretic devices from common materials and clean room equipment. We show representative results for the focusing of particles with positive or negative acoustic contrast factors, which move towards the pressure nodes or antinodes of the standing waves, respectively. These devices offer enormous practical utility for precisely positioning large numbers of microscopic entities (e.g., cells) in stationary or flowing fluids for applications ranging from cytometry to assembly.

Acoustofluidic devices use ultrasonic waves within microfluidic channels to manipulate, concentrate and isolate suspended micro and nanoscopic entities. This protocol describes the fabrication and operation of such a device supporting bulk acoustic standing waves to focus particles in a central streamline without the aid of sheath fluids.

ייצור והפעלה של Acoustofluidic התקנים התומכים גלים אקוסטיים המתמדת בכמות גדולה עבור Sheathless התמקדות של חלקיקים

Acoustophoresis refers to the displacement of suspended objects in response to directional forces from sound energy. Given that the suspended objects must ...

Experimental Methodology for Estimation of Local Heat Fluxes and Burning Rates in Steady Laminar Boundary Layer Diffusion Flames

Modeling the realistic burning behavior of condensed-phase fuels has remained out of reach, in part because of an inability to resolve the complex interactions occurring at the interface between gas-phase flames and condensed-phase fuels. The current research provides a technique to explore the dynamic relationship between a combustible condensed fuel surface and gas-phase flames in laminar boundary layers. Experiments have previously been conducted in both forced and free convective environments over both solid and liquid fuels. A unique methodology, based on the Reynolds Analogy, was used to estimate local mass burning rates and flame heat fluxes for these laminar boundary layer diffusion flames utilizing local temperature gradients at the fuel surface. Local mass burning rates and convective and radiative heat feedback from the flames were measured in both the pyrolysis and plume regions by using temperature gradients mapped near the wall by a two-axis traverse system. These experiments are time-consuming and can be challenging to design as the condensed fuel surface burns steadily for only a limited period of time following ignition. The temperature profiles near the fuel surface need to be mapped during steady burning of a condensed fuel surface at a very high spatial resolution in order to capture reasonable estimates of local temperature gradients. Careful corrections for radiative heat losses from the thermocouples are also essential for accurate measurements. For these reasons, the whole experimental setup needs to be automated with a computer-controlled traverse mechanism, eliminating most errors due to positioning of a micro-thermocouple. An outline of steps to reproducibly capture near-wall temperature gradients and use them to assess local burning rates and heat fluxes is provided.

We describe the use of micro-thermocouples to estimate local temperature gradients in steady laminar boundary layer diffusion flames. By extension of the Reynolds Analogy, local temperature gradients can be further used to estimate the local mass burning rates and heat fluxes in such flames with high accuracy.

מתודולוגיה ניסויית עבור הערכת שטפי חום מקומי שיעורי הבוער Steady להבות דיפוזיה שכבה למינרית גבול

Modeling the realistic burning behavior of condensed-phase fuels has remained out of reach, in part because of an inability to resolve the complex ...

In Situ Visualization of the Phase Behavior of Oil Samples Under Refinery Process Conditions

To help address production issues in refineries caused by the fouling of process units and lines, we have developed a setup as well as a method to visualize the behavior of petroleum samples under process conditions. The experimental setup relies on a custom-built micro-reactor fitted with a sapphire window at the bottom, which is placed over the objective of an inverted microscope equipped with a cross-polarizer module. Using reflection microscopy enables the visualization of opaque samples, such as petroleum vacuum residues, or asphaltenes. The combination of the sapphire window from the micro-reactor with the cross-polarizer module of the microscope on the light path allows high-contrast imaging of isotropic and anisotropic media. While observations are carried out, the micro-reactor can be heated to the temperature range of cracking reactions (up to 450 &#176;C), can be subjected to H2 pressure relevant to hydroconversion reactions (up to 16 MPa), and can stir the sample by magnetic coupling. 
Observations are typically carried out by taking snapshots of the sample under cross-polarized light at regular time intervals. Image analyses may not only provide information on the temperature, pressure, and reactive conditions yielding phase separation, but may also give an estimate of the evolution of the chemical (absorption/reflection spectra) and physical (refractive index) properties of the sample before the onset of phase separation.

In Situ Visualization of the Phase Behavior of Oil Samples Under Refinery Process Conditions

This article describes a setup and method for the in situ visualization of oil samples under a variety of temperature and pressure conditions that aim to emulate refining and upgrading processes. It is primarily used for studying isotropic and anisotropic media involved in the fouling behavior of petroleum feeds.

באתרו ויזואליזציה של התנהגות השלב של דוגמאות שמן בתנאי תהליך זיקוק

To help address production issues in refineries caused by the fouling of process units and lines, we have developed a setup as well as a method to ...

Measurements of Soil Carbon by Neutron-Gamma Analysis in Static and Scanning Modes

The herein described application of the inelastic neutron scattering (INS) method for soil carbon analysis is based on the registration and analysis of gamma rays created when neutrons interact with soil elements. The main parts of the INS system are a pulsed neutron generator, NaI(Tl) gamma detectors, split electronics to separate gamma spectra due to INS and thermo-neutron capture (TNC) processes, and software for gamma spectra acquisition and data processing. This method has several advantages over other methods in that it is a non-destructive in situ method that measures the average carbon content in large soil volumes, is negligibly impacted by local sharp changes in soil carbon, and can be used in stationary or scanning modes. The result of the INS method is the carbon content from a site with a footprint of ~2.5 - 3 m2 in the stationary regime, or the average carbon content of the traversed area in the scanning regime. The measurement range of the current INS system is &#62;1.5 carbon weight % (standard deviation &#177; 0.3 w%) in the upper 10 cm soil layer for a 1 hmeasurement.

Here, we present the protocol for in situ measurement of soil carbon using the neutron-gamma technique for single point measurements (static mode) or field averages (scanning mode). We also describe system construction and elaborate data treatment procedures.

מדידות של פחמן בקרקע על ידי ניתוח ניוטרון-גמא חשמל סטטי וסריקה מצבי

The herein described application of the inelastic neutron scattering (INS) method for soil carbon analysis is based on the registration and analysis of ...