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　　　　　　　　　　　　より

　波長　　　　　　　　　　　　　　　　波速

・水粒子速度の理論式　速度ポテンシャル　　水平成分

　鉛直成分

khgk tanh2

hL

Tg

L

2

tanh2

2 hL

Tg

C

2

tanh2

)sin(cosh

)(cosh

2tkx

kh

zhkgH

)cos(sinh

)(coshtkx

kh

zhk

T

H

xu

)sin(sinh

)(sinhtkx

kh

zhk

T

H

zw

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 Δ Ｔ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。

　　　　　　　　　　　　　　　　　

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6h/ L　 水深波長比

C/C0

L/L0

およ

び 理論値1 　班 実験値2 　班 実験値3 　班 実験結果4 　班 実験値

波速および波長と水深波長比の関係

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

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

0 2 4 6 8 10 12T/ a

C/C

１ 理論値1 　班 実験値2 　班 実験結果3 　班 実験値4 　班 実験値

Tg

ha 　 　

理論式にほぼ一致する．

周期が長いとはずれる

周期と波速の関係

02)(tanh

2C

gTkh

gTC

ππ1tanh kh

khkhtanh

L

hif ....

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．

従って水深波長比が大きくなると 0.1C

C

0

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．

0.... L

hif 1)(tanh

2Cghkh

gTC

π

静水深 0.27[m]、周期 1.1[s]の実験値と理論値（２班）

　 　図 実験値

- 0.2

- 0.1

0

0.1

0.2

- 0.2 - 0.1 0 0.1 0.2

u( /ｍ ｓ）

w(m/s)

(z=0.073)水表面 (z=0.126中央(z=0.21)底

　 　図 理論値

- 0.2

- 0.1

0.0

0.1

0.2

- 0.2 - 0.1 0.0 0.1 0.2

u( /ｍ ｓ）

w(m/s)

(z=0.073)"水表面 (z=0.126)中央(z=0.21)底

そこに行くほど，楕円がつぶれる傾向が示せる

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。

　Δ

　 　 　Δ

i

kki

i

kk

ti

t

i

ttwz

ttudttux

1

11

)(

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．