表面流场的PyrLK“角点-质心”法在复杂流场中的应用

粒子匹配方法是准确获取表面流场的关键。本文详细阐述了新近提出的基于光流算法PyrLK"角点-质心"法的基本原理及具体实现过程,采用该方法对弯道水槽中较复杂的表面流场进行计算,并与目前较为先进的匹配几率法进行了对比。结果表明,对于本文所示的复杂流场,匹配几率法计算结果很大程度上依赖于对运动矢量允许偏差等参数的选取,且还会出现由于提取到非示踪粒子的质心并使其参与计算而产生的误匹配;而PyrLK"角点-质心"法只与运动图像特征信息相关,无示踪粒子特定匹配规则的假定,在复杂流场中能较好地实现粒子的跟踪与匹配。与匹配几率法相比,PyrLK"角点-质心"法对于复杂表面流场计算具有更好的适应性。     

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。     

基于FVS法的气流两相瞬变流计算及特必研究

本文研究了求解气流两相瞬变流方程的方法－矢通量分裂（FVS）法，将控制方程中的矢通量按照矢量雅可比矩阵分裂为两个亚矢通量并建立了稳定的差分格式，该方法能自动准确地捕捉到两相瞬变流中的激波，该方法计算数据与实验数据对比。能很好的吻合,本文还讨论了初始空穴率α0，气体释放系数Ck对压力p,波速α，空穴率α的影响。     

基于流态辨识的弧形闸门过流计算

过闸流量的精确计算是实现调水工程闸门自动控制、调度运行系统仿真和工程适时、适量供水的重要前提。在闸后收缩断面为低弗劳德数(约Fr1.7)的淹没孔流条件下,现有弧形闸门过流计算的经验系数模型和量纲分析模型流量预测误差较大。基于已有试验数据分析,研究提出了闸孔淹没出流的高Fr区和低Fr区的流态辨识参数——综合能耗系数Er,定义为相对开度e/H和潜流比Xr之和,即Er=e/H+Xr,相应的流态辨识方法为:Er1为高Fr的部分淹没孔流,Er≥1为低Fr的完全淹没孔流。针对闸孔出流的不同流态,即自由孔流、部分淹没孔流和完全淹没孔流,分别建立相应的流量计算模型,采用最小二乘辨识进行模型参数的估计,实例验证表明流态辨识模型整体的预测精度较高,80%预测流量的相对误差|EQ|±10%,且EQ近似呈正态分布。本文提出的流态辨识方法和计算模型为过闸流量的精确计算提供了新的思路和方法。     

基于FVS法的气液两相瞬变流计算及特性研究

本文研究了求解气液两相瞬变流方程的方法———矢通量分裂 (FVS)法 ,将控制方程中的矢通量按照矢量雅可比矩阵分裂为两个亚矢通量并建立了稳定的差分格式 ,该方法能自动准确地捕捉到两相瞬变流中的激波。该方法计算数据与实验数据对比 ,能很好的吻合。本文还讨论了初始空穴率 α0 ,气体释放系数Ck对压力p ,波速a ,空穴率α的影响     

基于成像的表面位移分析系统关键技术研究及应用

非接触式表面位移测量是一种无损测量技术,在诸多工程领域有着广泛的用途。针对混凝土应力应变测试和河道瞬时全流场测量的应用,详细地描述了数字散斑测量和粒子成像测速这2个典型的基于成像的表面位移分析系统的研发,指出了具有共性的一些关键技术和难点,并提供了对应的解决方法。试验结果证明了本方法的有效性。然而,该方法仍存在较多技术缺失,包括多视角CCD相机的三维测速、多目标全轨迹追踪、不同场景测量数据高精度融合等,需要进行进一步研究。     

用MATLAB实现平面势流的有限单元法计算与可视化

很多的实际水流问题可近似地用势流理论来求解，常采用的计算方法是有限单元法，通常用FORTRAN、C语言等编程求解，但计算程序比较复杂。本文介绍了MATLAB的偏微分方程工具箱(PDE Toolbox)，并用于圆柱绕流计算及图形显示计算结果。计算表明，用MATLAB的PDE Toolbox求解平面势流便捷高效，值得研究应用。     

带自由表面的后向台阶起动流的流场模拟

对雷诺数Re=1350带自由表面的后向台阶起动流进行数值模拟,得到其自由表面、再附着长度以及台阶后分离涡涡心位置随时间变化的规律,并进一步讨论了自由表面的波动和台阶后大尺度涡结构的产生、发展及溃灭的过程对再附着长度的影响。     

基于连续性扩散流的湿地表面水流动力学模型

受表面密生植被的影响,湿地表面流总是处于高阻力、低流速状态。湿地表面流的水流动力学方程中,其水流加速度项相对于地表高密度植被造成的高阻力项相比,可以忽略。由此,以水流连续性方程和忽略加速度项的水流动力学方程为基础,构建基于连续性扩散流的湿地表面流动力学模型。该模型是一个抛物型偏微分方程,相对于描述一般径流流态的圣维南双曲型偏微分方程组而言,其求解过程相对容易。模型中的表面流流量采用修正的曼宁方程描述,表面糙率采用已有经验公式,数值计算方法采用六点差分格式。模拟结果表明,该模型能够体现湿地表面流的高阻力、低流速特征。水深越浅,水流模式变化越慢,水深越大,表面流受植被阻力越小,水流模式变化越快。     

利用VB实现明渠均匀流的水力计算

在水利工程设计中,经常遇到各种断面明渠均匀流的水力计算,设计人员普遍采用Excel软件建立明渠均匀流水力计算模块,借助Excel假设分析中的单变量求解法,可以实现其计算目标,但是单变量求解操作麻烦,计算方法不快捷。利用VB开发可视化计算程序,可快速实现明渠均匀流各种条件下的水力计算。     

基于生态水文学法的湘江生态流量研究

河流生态流量是维持河流生态系统健康的重要条件。选取湘江(湘潭)作为控制性断面,采用生态流量年内展布法和IHA-RVA法计算河道最小和适宜生态流量,并以Tennant法进行合理性验证。结果表明:最小生态流量为639.6 m~3/s,占多年平均天然流量的32.2%;适宜生态流量为983.4 m~3/s,占多年平均天然流量的49.5%。该方法计算的生态流量结果能够满足河流生态目标的需求,与天然河流年内丰枯变化状态相吻合,计算结果较为合理。研究可为湘江湘潭的水资源管理以及生态系统的保护和恢复提供科学依据。     

基于面积流测量原理的一种新型流量测量装置

流量测量装置在自动化系统中应用非常广泛,在热力发电厂中流体的流量直接反映负荷高低、工作状况和运行效率。基于不同测量原理的装置其应用场合也不尽一样,在风量控制领域近几年也出现了十几种形式各异的产品,各种产品都有其自身的优缺点。分析了各种装置的原理及优缺点,重点介绍了一种新型的基于面积流测量原理的测量装置。     

基于边界元理论求解水下潜艇流噪声的研究

该文运用无紧致声源假定的边界元法和传统的FW-H方程对水滴型潜艇的流噪声特性进行了数值模拟,将数值模拟得到的水听器处的声压值与试验值进行了对比,并研究了两种方法在求解沿潜艇X轴和Z轴上不同特征点处流噪声时的差异.结果表明,对于水听器处的流噪声声压值,边界元法得到的解更接近干试验值,而对于远场求解,两种方法得到的结果相差不大.     

计算二维自由面势流的“残压反馈”方法

本文对研究有自由面的势流问题。根据速度能头和自由面度高度能头对自由面上迭工残 贡献比重没，将其按一定规律反馈回残压中，从而使残压与面高度在迭代过程中不断得到调整，由此，提出了一种简单易行、迭代程序简明的自由面迭代法－－残压反馈方法，应用这一方面，对平板闸闸下出流，ＷＥＳ溢流坝过流，半圆形突体过流，单圆弧反弧段有自由挑流等进行了计算，将所得结果与其它方法的计算结果或试验数据进行了比较。结果都颇为满意     

基于畦首水深和田面水流推进过程的畦灌流量反演方法

针对畦灌稳健设计中单宽流量难以实现无干扰测量的问题,研究入畦流量的反演方法。利用在中科院南皮生态农业试验站进行的灌水试验数据,采用两点法估算入渗参数,引入地表储水形状系数和地下储水形状系数,根据畦首水深和水流推进的数据,估算了畦田的单宽流量。与实测单宽流量相比,N1、N2、N3号畦田的相对误差分别为13.27%、8.02%、11.24%。结果表明:该方法用于畦灌稳健设计中单宽流量控制误差调查是可行的。     

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。     

入水初期流场的测量方法

计算机技术、激光技术和图象处理技术的发展带动了流场测试技术的迅速提高,PIV技术克服了以往流场测量方法中单点测量和不能测量瞬态流场的局限性,它成功地应用于物体入水初期流场的测量,为研究此类流动提供了一种新的途径.本文简单介绍了PIV测量物体入水初期流场的方法并给出了试验结果.     

基于LES方法圆柱绕流三维数值模拟

该文采用计算流体软件CFX5中Large-eddy simulation(LES)模型计算了均匀流场中三维圆柱绕流的水动力特性。使用有限体积法对三维N-S方程进行求解。数值模拟着重研究了高雷诺数时展向各截面的压力、阻力、升力及涡管特性。数值计算结果表明:展向各截面柱体受力关于中截面对称且小于二维情况,柱体周围流场呈现明显的三维特性。     

基于改进节点虚流量法的渠道工程施工期渗流场分析

利用求解有自由面渗流的改进节点虚流量法,对大型渠道工程施工期渗流场进行三维有限元模拟,得到不同条件下渠道渗流场的水头分布、浸润线、抽水量以及水力坡降。对施工期不同的降排水方案进行分析和评价,并在控制降水井水位的情况下对各方案进行分析,给出各方案下降水井抽水水位与渠底地下水位和单井抽水量的关系。结果表明,改进节点虚流量法能较好地模拟渠道渗流,可较为准确地判定方案是否满足工程实际要求,为实际工程提供理论和技术支撑。