基于PIV测量技术的变曝气量下气液两相流速度场研究

粒子图像测速技术(PIV)作为一种无扰的全流场速度测量手段,在多相流研究领域具有较高的学术意义和实用价值。本研究针对曝气过程中的复杂气液两相流动,使用高速摄影机获取气液两相流流场的高帧图像,再通过图像预处理手段及PIV测速算法得到气液两相流速度场信息,并对不同工况下气液两相流的流态流速规律进行了研究分析。本文提出的图像预处理方案,通过采用图像的运动目标分割、降噪与反相等手段进行图像预处理,可以有效地减少后续速度场计算中的信息量及误差。研究结果为工业生产过程中有效提高曝气效率提供了重要的参考依据。     

基于小波多尺度分析的PIV互相关算法研究

随着计算机和图像处理方法的迅猛发展,粒子图像测速仪(Particle Image Velocimetry简称PIV)和图像测量技术得到了迅速的发展。本文研究了基本的互相关算法和基于快速傅立叶变换的互相关算法,以图像互相关理论为基础,借鉴小波变换和多尺度分析的思想,设计了一个分层匹配算法,克服了傅立叶变换不易提供信号完全信息的缺陷。最后,在VISUAL FORTRAN环境下实现了算法,处理模拟粒子图像的结果与模拟数据比较吻合。将该算法应用于实际拍摄的水垫塘中固液两相流图像,也收到了良好效果。     

基于图像二值化处理的气泡羽流不稳定结构分析

气泡羽流是在曝气过程中产生的一种复杂的两相流动。对气泡羽流中气泡速度信息的提取是粒子图像测速算法(PIV)的核心部分。速度信息的提取即数字图像的预处理过程。本研究主要是在读取灰度值后,通过大津法得到相应的最佳阈值分割点,再采用该灰度阈值对图像进行二值化,以此来减少噪声对流场的影响,降低图像后处理的难度,这是气泡羽流的运动规律研究的一个重要过程。图像的二值化处理能有效地提高PIV技术计算流场的精度,为研究气泡羽流在曝气过程中产生的不稳定结构奠定了基础。     

稀疏气泡流动的粒子跟踪测速技术研究

采用动态阈值技术实现了对气泡图像的正确分割，利用灰度加权方法提高了气泡颗粒的定位精度。根据稀疏气泡流动图像的特点，提出了一种新的基于相关的粒子跟踪测速算法（2-HPTV）。通过进行两时刻中围绕待研究气泡所取的两个小的诊断窗口的相关运算，成功实现了气泡颗粒的轨迹追踪。实验表明本文算法较传统的PIV技术在测速精度上有很大程度的提高，与4帧粒子跟踪测速算法相比，降低了对摄像机帧频的要求，具有较强的实用性。     

简易粒子图像测速(PIV)技术开发与优化技巧

粒子图像测速(PIV)技术是一种瞬态流动平面二维速度场测试技术,在细部流场实测领域得到重视,但是成熟的PIV产品价格高昂。鉴于此,介绍了一种简易的PIV装置,主要由高速摄像机、激光发射器、柱面透镜和示踪粒子构成,以较低成本即可基本实现商业用PIV产品的功能。为了验证简易PIV性能,设计了PIV简易装置,采用Fluent软件模拟,并结合PIV技术对比分析了简易PIV装置的优缺点,同时对影响结果的粒径大小和粒子跟随性进行了优化。结果表明,简易PIV装置适宜选用玉米粉作为示踪粒子,并需要根据示踪粒子跟随性所能达到的最大进口水流速度选择高速摄像机的帧率,最终能够较好地实现流场实测,进而达到对PIV技术进行开发和优化的目的,其分析结果将为后续研究者提供参考。     

PIV技术在冰盖下复式断面渠道流速测量中的运用

在测定冰盖下复式断面流场、流速的模型试验中,水体中的运动粒子是重点研究对象。粒子图像测速(Particle Image Velocimetry,PIV)技术已在水力学研究领域得到普遍应用,但该技术在冰盖下复式断面渠道模型试验的应用为国内首次。基于试验特点,设计砖砌混凝土的循环水箱,采用变频器配合水泵、流量计实现对流量的定量控制,对不同流量下不同断面的流场、流速进行测定,采用PIV技术对水体中运动的粒子的位移场进行具体分析。试验结果表明,PIV分析结果能够直观反映流场中的状态,且可以避免测量盲区,其所测的流速与多普勒超声测速仪测得值吻合较好,并给出了横向流速分布图,弥补了传统方法无法获得冰盖下的流场分布的难题。     

二维PIV图像处理算法

在二维PIV的图像处理中，本文从互相关技术出发，建立了相应的连续两幅图像之间的粒子对应方法，提出了误差对应速度向量的判断和消除准则。通过粒子的标定、粒子的对应、误对应粒子速度向量的判断和消除等步骤建立了相应的二维射流的PIV图像处理方法。利用日本可视化协会（VSJ）提供的二维射流标准图像的处理，可以发现本文建立的方法是切实可行的。     

一种基于互相关的三维PIV图像处理方法

本文建立了一种基于互相关技术的三维PIV图像处理方法，在该方法中，建立了粒子图像坐标与空间坐标的关系式；利用互相关技术构成连续两时刻三维空间粒子的对应方法；通过图像粒子的标定，照相机系统的标定，粒子空间坐标的确定，连续两时刻空间粒子的对应，误对应速度向量的判断和消除步骤，形成了一个完整的三维PIV图像处理系统。将本方法运用于日本可视化协会（VSJ）提供的三维标准图像的处理，结果表明，无论是低粒子浓度图像还是高粒子浓度图都具有精度高，可靠性强的特点。     

基于液态缩尺模型的大空间下送中回分层空调回风汇流速度场研究

选择某大空间实型建筑,根据相似理论建立液态模型实验台,研究大空间下送中回分层空调回风流场的汇流特性。论文利用二维微元汇流叠加方法获得汇流速度理论公式,利用粒子图像测速技术PIV(Particle Image Velocimetry)拍摄回水流场,获得其速度矢量信息;实验发现计算得到回风流场的理论速度值与实验速度值存在较大的偏差,对二维汇流速度理论公式修正后,平均相对误差减少到8.5%。论文最后通过相似比例提出大空间下送中回分层空调回风二维汇流速度半经验公式,这为大空间建筑下送中回热环境研究提供了理论参考。     

曝气池中气液两相流粒子图像测速技术

在粒子图像测速原理的基础上研究了基于快速傅立叶变换的粒子图像测速算法,并编制算法程序进行验证。通过试验研究了气液两相流在曝气池试验装置中的流动情况,应用粒子图像测速技术对装置中3种状态下气液两相流的运动参量进行测量,获得了各种流体运动参数,并应用粒子图像测速程序进行计算分析。试验结果表明当气液两相流处于状态3时,气泡在装置中具有最长的停留时间和较大的速度紊动强度,氧转移速率和效率大大提高,这为曝气池选型提供了依据。     

李家峡水电站坝区高边坡锚固措施研究

李家峡水电站坝区边坡为层状结构岩体，施工开挖形成了坡向与边坡层理面倾向不同关系的人工边坡，其变形破坏方式和稳定性特征各不相同。工程实践中，在地质条件分析的基础上，按不同边坡类型的变形破坏机理和模式，提出了相应的边坡开挖与锚固方法，即顺向坡先锚后挖，横向坡边挖边锚，逆向坡随机锚固。根据这一原则，成功而有效地指导了工程的施工，保证了边坡施工期的进度和运营期的安全。     

Tradeoffs in the water-energy- food nexus in the urbanizing Asia-Pacific region

ABSTRACT

In order to evaluate the potential benefit and negative impacts of urbanization on the water-energy-food nexus, analyses have been made in Asia-Pacific countries with production-consumption relationships of water-energy-food nexus. Negative correlations have been found between urbanization rates and energy consumption rates for water and food production. This is because of the difference in decision making processes of resource development as urbanization progresses. Some positive relationships have been found between water consumption for energy production and Gross Domestic Product (GDP), and between water consumption for food production and hydro-meteorological conditions such as dry or wet countries.     

美国百年拆坝历史回顾

自1912年至今,美国拆坝历史已有百年之久,期间拆坝共计1108座。从拆坝数量、分布范围、坝高和坝龄等多个角度对这些闸坝的资料进行分析比较,得出不同年代美国的拆坝特点:1980年以前拆坝数量少,分布范围较小,但闸坝的负面影响及拆坝必要性开始被人们所认识;20世纪80年代以后拆坝数量和范围逐渐扩大,坝高仍小于20 m,拆坝原因以生态修复为主,且更加关注闸坝安全问题;20世纪90年代拆坝数量继续扩大,拆坝高度实现突破,编制完成《大坝及水电设施退役导则》;21世纪,拆坝数量、高度和长度都打破以往记录,被拆闸坝以混凝土坝为主且绝大多数超过了使用寿命。同时,分析表明,闸坝的拆除与当时的社会经济状况有着密不可分的联系。     

幂律流体偏心环空螺旋流中的二次流问题

本文建立了幂律流体偏心环空螺旋流的控制议程，并用有限差分法对其数值求解。结果表明：幂律流体偏心环空螺旋流中存在二次流动、最后，还对这种二次流做了分析。     

膨胀性土料筑坝在临淮岗工程主坝中的应用研究

膨胀性土是吸水膨胀,失水收缩均较剧烈,并有可能使建筑物工程受到危害的粘性土.临淮岗工程主坝原坝身、坝基和料场都有膨胀性土存在,通过对该坝膨胀性土的物理性质和力学性能的研究,提出主坝膨胀性土外包盖2.5m厚非膨胀性土的工程措施,以减小膨胀性土筑坝对临淮岗工程主坝的危害.     

大坝水平裂缝端部防渗灌浆

在对大坝水平裂缝做表面涂贴、镶嵌防渗处理时,靠近坝段横缝之裂缝端部的防渗处理就成为防渗的关键。本文介绍了某工程采用灌浆法处理大坝水平裂缝端部防渗实践经验。     

黄河河源区积雪变化及影响因素分析

利用遥感解译的积雪资料和测站观测资料,分析了几十年来黄河河源区积雪面积、各测站积雪深度和积雪日数的变化趋势以及气温、降水的变化趋势和幅度。结果表明：黄河河源区几十年来积雪的增加是主要积雪期的降水量增加对积雪年际变化的积极作用大于气温升高的负作用而引起的;在全球变暖的大背景下,未来河源区平均温度将不断上升,而降水量仅会小幅增加,气温升高对积雪的影响将逐渐赶上并超过降水增加的影响,从而使积雪的年际变化趋势发生转折,甚至导致部分地区终年无积雪出现。     

水溶性聚氨酯在坝工裂缝防渗堵漏中的应用

本文结合葠窝水库、观音阁水库、江垭水库等工程大坝裂缝防渗堵漏灌浆的实践,论述了采用水溶性聚氨酯进行坝工裂缝防渗堵漏灌浆的可行性及可靠性,并介绍了水溶性聚氨酯灌浆的施工工艺及要求。     

雨洪遭遇分析在濛里水电站库区排涝设计中的应用

通过濛里水电站附近水文站降雨过程与干流洪峰水出现的时间上的差异及降雨雨峰结束时的干流洪水水位情况进行降雨水的遭遇分析，推算出工程所在地雨洪遭遇关系，确定排涝承泄区的排涝设计水位和设计净扬程，从而达到优化濛里水电站库区各防护片排涝规模的目的，说明雨洪遭遇分析在排涝工程设计中的重要性。