DPIV系统在河工模型试验中的应用研究

河工模型有同其它模型不同的特点，给流场的测量带来一定的困难，而DPIV系统是一种适合于河工模型的快速的流场测量方法。本文根据河工模型流场测量的特点建立了一套DPIV系统，可以对近平方米区域内的流体表面流场进行快速测量。并且根据河工模型中示踪粒子分布的特点，提出了DPIV速度计算的改进算法，提高了速度计算的效率，达到了对河工模型流场的实时测量和记录的要求。     

粒子图像测速技术在河工模型试验中的应用

近年来计算机图像处理技术有了很大的发展，已在许多生产、科研领域中得到广泛应用，粒子图像测速系统是该技术在河工模型表面流场测量中的应用，它将芯片技术、计算机技术、图像技术和数字信号技术等结合在一起，利用流体中跟随性较好的示踪粒子的成像来测量流体的速度，能实现对模型表面流场的实时采集、处理，最后生成流场矢量分布图，具有测量速度快、精度高、范围广的优点，该系统在南水北调中线穿黄河段河工模型流场测量中取得     

大型河工模型分布式表面流场测量系统研制及应用

在河工模型试验中, 粒子图像表面流场测量方法得到了广泛应用。研制了一种新型分布式表面流场测量系统,该系统采用局域网组网与光纤传输相结合,通过POE千兆交换机与高清智能一体化工业摄像机相连,显著降低了布线复杂度,具有系统传输距离远、布设简单、集成度高、可扩展性强等优点。系统具备可视化全自动采集、可视化错误矢量剔除、导出多种数据格式,生成流场等值线图、流线等功能。在系统研制基础上,提出了一种对粒子图像表面流场测量系统进行精度检测的新方法,通过精确控制匀速旋转平台模拟水流运动,将表面流场测量系统实测数据与旋转平台上各点精确数据进行对比检测,检测结果表明,研制的表面流场测量系统测量误差小于5%,已在长江河口模型等多个大型河工模型中得到成功应用。     

基于回归分析的表面流场粒子匹配算法

针对表面流速图像测试中高浓度粒子条件下测量误差大的问题,改进了最邻近匹配算法,提出基于回归分析的表面流场粒子匹配算法,即多帧回归粒子匹配算法。该算法综合粒子距离、运动轨迹、运动趋势等因素,应用一元线性回归分析法拟合粒子中心坐标,通过相关系数完成粒子匹配,实现最佳同源粒子追踪。运用多帧回归粒子匹配算法开发了改进型大尺度模型表面流场图像测试系统(ILSPIV),并将ILSPIV应用到八卦洲河工模型,ILSPIV和旋桨流速仪测量的断面垂线平均流速分布形态及数值基本一致,表明多帧回归粒子匹配算法能提升高浓度粒子条件下流速测量精度,更好地满足工程实践研究需求。     

采用乳化空气泡做示踪粒子的PIV测速技术

本文介绍一种适用于水洞力学实验的采用乳化空气泡作为示踪粒子的ＰＩＶ测速技术。选用乳化空气泡做ＰＩＶ测速示踪粒子，取代了通常采用的固体颗粒，由两台ＹＡＧ大功率脉冲式激光光源组合系统做为ＰＩＶ底片记录的双脉冲曝光光源。乳化空气泡的最大优点是对实验水洞或水槽无污染，且产生方便、经济，又可以形成高质量的杨氏条纹图像。这一技术能够使得ＰＩＶ测速技术在水洞力学应用测量中真正达到实用。     

扫描光屏法在PIV技术测量自由剪切层中的应用

ＰＩＶ技术是九十年代实验流体力学的重大成就。它能够提供瞬时整个流场的定量信息，而且具有很高的空间分辨率和很好的精度。为了获得清晰可靠的ＰＩＶ底片，人们对实验方法作了很多改进。本文讨论了近年使用较多的扫描光屏法，提出了该方法在使用中特别注意的一些问题，并给出了用该方法测量自由剪切流场的结果。     

河工模型试验量测新技术的开发及应用

量测技术水平是决定河工模型试验成果质量的关键因素之一。为此,介绍了近期在河工模型断面板制作、河势与流场观测、动床地形三维测量方面的研发成果,包括:提出了基于文本编辑的自动断面板脚本绘制方法,同时结合激光切割机的应用,解决了人工绘制断面板费时费力、数控雕刻机成本高和一般科研人员难以使用等问题;将无人机航拍技术应用于实验室河工模型试验流态、河势和流场观测,与常规固定式摄像机相结合,为试验成果的进一步分析提供了独特视角和丰富、可靠的参考信息;将运动结构恢复三维地形重建技术应用于河工模型冲淤地形测量中,并结合河工模型试验冲淤地形的特点提出具体应用方法。     

ADV技术测量圆射流流场紊动特性实验

利用ＡＤＶ（Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｄｏｐｐｌｅｒ Ｖｅｌｏｃｉｍｅｔｅｒ）技术对静止条件下圆射流流场紊动特性进行了研究。通过专门的ＷｉｎＡＤＶ系统分析软件获得了射流横断面上流速的紊动强度，偏斜度、平坦度及雷诺应力的分析，轴线流速紊动强度的变化和射流瞬时速度变化等紊动特性，并将所得成果与已有的国内外成果进行了比较。     

河工模型断面水面边界激光快速扫描测量

针对河工模型大范围断面垂线流速的自动采集系统对水面边界快速测量的需要,研制出了一种基于激光扫描原理的水面边界快速测量装置,该装置采用高分辨率线阵式CCD和激光三角法原理,实现了模型断面水面边界的快速扫描测量,并已成功应用于河工模型大范围流速同步采集与应用示范项目中。该方法具有测量速度快、精度高、无接触等优点,是河工模型水面边界快速测量很好的解决方案。     

图像处理技术在河工模型试验流场量测中的应用

本文系统介绍了图像处理在流场分析中的应用及摄录像系统的配置、操作和计算软件开发的一般原理，对系统的量测误差作了全面的分析并用专门设计的试验进行了检验，量测误差小于1.0％。本文研制开发的流场图像处理系统操作录活，软件功能齐全，能够快速得出全流场表面流速的大小和方向，为河工模型试验提供了一个全新的流场量测方法。     

超空化水翼流场的DPIV实验研究

该文采用DPIV粒子成像测速系统对绕2D超空化水翼(Tulin翼)的空化流场进行了测量,研究了初生空化阶段,附着型片状空化阶段,空化云以及超空化四个阶段典型流场的速度分布及涡量分布。实验结果表明:在空化发展的四个阶段,相对于主流区域,空化流区域速度明显偏小;在整个流动区域,有两个速度梯度较大的区域,一个是空化区和水体主流区的交界面,一个是翼形表面的边界层区域。在空化发展的四个阶段邻近翼型尾部处均会产生一个大小近似相等的正向涡和一个反向涡,并且正向涡总是处于反向涡的下方,形成一组正向对涡。     

FLOW CHARACTERISTICS IN ENERGY DISSIPATION UNITS OF LABYRINTH PATH IN THE DRIP IRRIGATION EMITTERS WITH DPIV TECHNOLOGY

The energy dissipation mechanism and anti-clogging properties of drip irrigation emitters are closely related to flow characteristics of the fluid in its flow paths,and flow field tests using modern flow visual technologies were carried out by a large number of designers.The Digital Particle ImageVelocimetry(DPIV) system was built for un-disturbed flow tests in the labyrinth path.In this article,the flow field was measured in the flow path section,the structural unit and the local region near sawtooth.Under...     

数字粒子图像处理技术及其在明渠交汇试验研究中流速测量的应用

为了克服传统的点测量方法无法获取明渠交汇口非恒定流场同部信息的缺陷，本文应用DPIV(Digital Particle Image Velocimetry)数字粒子测速技术对明渠交汇口流场进行了实验研究。试验结果表明，对于给定交汇口形状及尺寸，分离区的大小主要随主支渠水流的流量比发生变化，但其形状基本保持不变。说明DPIV测速方法可直观完整地测量非恒定流动，且运算速度快，是研究复杂流场的有效工具。     

对称突扩水流流态失稳和流场结构

对称突扩分离再附水流现象广泛存在于工程和生活中,流道突扩易产生局部水头损失、压力变化、结构振动、次生噪声等,对称突扩存在流场对称性失稳现象,如管道对称突扩等。然而,由于紊流的复杂性和量测技术的局限性,人们对其流动特性和流态演变规律认识仍然不足,有必要开展对称突扩流动的流场结构分析研究。本文基于物理模型试验和高精度图像粒子测速技术,模拟了不同雷诺数条件下（Re=539~48 911）对称突扩水流流动现象和精细流场结构,包含层流、过渡流和充分发展的紊流典型流态,随着雷诺数Re增加,流态从层流过渡到紊流,从对称到非对称分布,其流态发生对称性失稳,高雷诺数紊流时主流偏向一侧,流场结构相对稳定;揭示了突扩水流主流两侧形成的非对称分布的大尺度涡漩结构,其与流场对称性失稳有关联。     

圆管湍流近壁结构的DPIV实验研究

采用粒子数字图像测速(DPIV)对充分发展的圆管湍流进行了研究，测量结果和直接数值模拟结果的比较，表明作者开发的DPIV技术可取得满意的精度。在此基础上通过瞬时脉动速度场对圆管湍流的近壁结构进行了研究，并在近壁结构中检测出涡诱导的喷发和扫掠、低速条带和流向涡结构等拟序结构，而且发现低速条带和涡的诱导是低速流体喷发的必要条件。     

LARGE-EDDY SIMULATION OF FLOW AROUND CYLINDER ARRAYS AT A SUBCRITICAL REYNOLDS NUMBER

The complex three-dimensional turbulent flows around a cylinder array with four cylinders in an in-line square configuration at a subcritical Reynolds number of 1.5 × 10^4 with the spacing ratio at L/D = 1.5 and 3.5 were investigated using the Large Eddy Simulation （LES）. The full field vorticity and velocity distributions as well as turbulent quantities were calculated in detail and the near wake structures were presented. The results show that the bi-stable flow nature was observed at L/D = 1.5 and distinct vortex shedding of the upstream cylinders occurred at L/D = 3.5 at Re = 1.5 × 10^4. The techniques of Laser Doppler Anemometry （LDA） and Digital Particle Image Velocimetry （DPIV） are also employed to validate the present LES method. The results show that the numerical predictions are in excellent agreement with the experimental measurements. Therefore, the full field instantaneous and mean quantities of the flow field, velocity field and vorticity field can be extracted from the LES results for further study of the complex flow characteristics.     

桥渡壅水平面二维数学模型模拟研究

本文根据圣维南基本方程组,建立了平面二维非恒定流桥渡数学模型方程,通过坐标变换,以边界拟合坐标生成二维均匀正交网格,在交错网格上采用交替方向的全隐差分格式进行离散化代数方程计算。通过桥渡流场的实例计算,在水位、流速分布、分流比和桥渡壅水等方面取得了令人满意的结果,该数学模型对于弥补和配合物理模型进行桥渡问题的研究具有重要作用。     

宽顶堰水流数值模拟分析

本文利用紊流模型模拟了带有曲线自由表面的宽顶堰流的紊流流场,采用VOF法来确定自由表面,采用气液两相流计算模型对宽顶堰流场进行了数值模拟,计算结果与试验数据较为吻合.模拟结果表明,数值模拟是作为研究水利工程中带有自由表面的水流结构的一个强有力的工具,其结果对物理试验也是一个很好的补充.     

求解有势流动的电液类比实验方法

自然界中不同质的物理现象有时却有着相同的规律,即存在相同的数学模型.本文用研究比较成熟电场理论和实验方法来类比研究具有同一规律的流场中的现象,用类比实验方法验证流场问题.     

典型环境流条件下温排水变态率数值模拟研究

采用雷诺应力模型,对典型环境流条件下不同几何变态率的温排水出流流场、温度场进行了数值模拟研究,得到了不同工况下流场与温度场的分布情况,与物理模型试验结果基本一致。同时也发现,在模型变态率ε≤3情况下,不同变态率模型的流场与温度场基本特性大致相同,说明小变态率模型基本可以反映取排水口近水区流场与温度场的基本特性,这与前人的研究成果是一致的。