明渠时均流速分布公式对比及影响因素分析

本文分析比较了明渠时均流速分布的对数律和尾流律公式，需要3个特定参数的尾流律与由2个参数确定的对数律相比没有优越性。深入分析了将尾流律应用于边界层流动和明渠流动时存在的差别。讨论了理论床面和最大流速的位置，认为爱因斯坦和钱宁确定理论床面位置的方法是合适的。在大量试验的基础上，得出了最大流速相对位置a／h与宽探比B／h的关系式。     

基于特征点匹配的室内表面流场快速测量系统

为提升室内模型试验表面流场测量的计算效率,建立了基于图像特征点匹配的模型试验表面流场快速测量系统。该系统由摄像机、示踪粒子和测速软件组成,试验中首先投掷示踪粒子并采集试验视频,然后导入测速软件进行图像预处理和基于图像特征点匹配算法的快速测流计算并实时展示瞬时流场,最终输出原型尺度的时均流场及流线图。该系统应用于堰坝水闸工程模型试验和泄洪洞射流模型试验,系统自动化程度高,计算效率高,应用场景适应性强;输出的流场具有高时空间分辨率,精度与PIV相当,可真实反映出试验工况下表面水流特性。     

防汛数据库应用系统关键技术研究

对防汛数据库应用系统的关键技术进行了研究,包括数据库表结构设计、系统软件架构两方面.防汛数据库表结构设计遵循水利部标准,有利于数据共享,表结构包含数据字典表,便于应用系统对数据的调用.数据库应用系统采用了三层架构.在逻辑结构上将防汛业务过程进行清晰的划分,给水利信息系统维护和扩展带来很大便利.研究成果已应用于哈尔滨市防汛数据库应用系统开发,可作为水利信息系统中数据库和软件系统设计的参考.     

高分辨率粒子示踪测速技术在光滑明渠紊流黏性底层测量中的应用

在光滑明渠紊动水流的研究中,黏性底层具有重要的作用,壁面剪切应力与涡量均源于此流区。由于充分发展明渠紊流的黏性底层的物理尺度在0.1 mm量级,常规方法难以实际测量该区内的速度分布。本文构建了测量黏性底层的高分辨率HR-PTV与测量全流区的普通PIV的耦合测量系统,对光滑明渠紊流黏性底层的流动特性进行了研究。HR-PTV系统采用阈值递增法、灰度截断、椭圆度与充实度指标等方法进行图像处理得到清晰的粒子图像;使用匹配几率法对粒子坐标进行匹配,计算粒子速度。得到了明渠紊流黏性底层(0.3 mm以内)的平均流速、紊动强度、偏态系数和峰度系数的垂线分布。从拟合的平均流速分布得出摩阻流速u*,结果与牛顿流体本构方程一致;黏性底层与全流区的时均流速、紊动强度和雷诺应力均能用拟合所得的u*合理无量纲化,并能光滑连接,表明由此得出的u*适用于全流区。将明渠紊流的各种分布与封闭槽道流DNS数据进行对比,验证了HR-PTV在黏性底层所得各阶速度矩的准确性。     

基于纹理图像的流场动态可视化模拟研究

流场可视化模拟是流域虚拟仿真的重要组成部分,其新的方法层出不穷,但是推广到实际工程应用研究的力度不够。本文在研究基于纹理映射方法的基础上,首次将基于纹理的流场动态可视化方法IBFV(Image Based Flow Visualization)用于流域模拟可视化,研究了以颜色纹理表示流场属性值的时空分布,实现了其与三维虚拟仿真平台的集成,取得了较好的效果,为水利交叉学科的研究提供了新的思路。     

应用数字图象技术研究卵石的几何形态

通过数字图像处理技术，可以得到卵石的特征直径、扁平指标、三轴形状参数和圆度系数等几何参数，为研究河床卵石的几何形态提供了新手段。应用该技术对嘉陵江卵石形态的研究表明，卵石扁平指标沿程减小，球度系数沿程增大。根据c/b和b/a对卵石进行了分类，卵石在上游以盘形和棱形为主，在下游则以球形为主。研究成果有利于深入了解卵石推移质的运动机理。     

图像处理技术及其在泥沙运动研究中的应用

总结了在悬移质泥沙运动特性试验研究中常用的量测手段，介绍了图像处理技术的基本原理和系统的组成，针对图像处理中的几个具体问题，特别是光片厚度和粒子浓度的选择，结合实践经验进行了讨论．利用开发的颗粒示踪与图像处理系统，对明槽悬移质颗粒的运动特性进行了量测．实践表明，图像处理技术为悬移质颗粒运动特性的研究提供了有力的手段．     

明渠含沙水流流量测量精度分析——以超声时差法测流为例

水流中泥沙的存在对流量测量精度的影响一直是水力学的重要问题。本文以超声时差法测流方法为例，在室内明渠水槽中开展了不同含沙量(最大含沙量27 kg·m^-3，宁夏引黄灌区天然沙，中值粒径0.015 mm)对流量测量精度的影响测试研究，以电磁流量计及巴歇尔槽测量值为基准，对比了超声时差法在不同含沙量下的流量测量偏差，分析了含沙量对其流量测量精度的影响。结果表明：在含沙条件下，超声时差法的流量测量值总体偏大，且偏差量随含沙量增大呈增大趋势。多声路箱式超声时差流量计受含沙量影响相对较小，在本文泥沙粒径、含沙量范围内平均意义上流量测量偏差在7%；单声路超声时差流量计受含沙量影响较大，在本文测验环境下其在含沙量较高时测量值偏大300%～500%，基本处于失效状态。