CN108120850A - 一种表层流场测量装置***及测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种表层流场测量装置***,包括水槽,在水槽的底部安装有感光板,在水槽上方安装有光源,所述光源与感应板均通过信号线与控制器连接,控制器内设有脉冲发生装置,所述感光板的表面划分成正交网格,并将每个网格接收到的光强信息通过信号线发送给控制器。本发明可以直接得到表面的多点的流场信息,从而快速得到表层整体的流场信息;而且该***集成了测量部件,存储部件及显示部件,在测量的同时显示测量结果,提高了测量的效率。
Description
技术领域
本发明涉及表层流场测量装置***及测量方法,具体是属于一种用于河道、水槽等模型的表层流场测量装置***。
背景技术
水利工程中,风生流场的规律研究、油污扩散研究等方面,对表层流场的分析十分重要。然而目前常用的流速仪如旋浆流速仪、声学多普勒测速仪(ADV)等在测量时一般需要深入到水下一定的距离,同时只能实现单点的测量,而光学多普勒测速仪(LDV)虽为非接触的测速仪,勉强可以测量表层的流速,但也只是单点流速的测量,同时,上述提到的测速仪也仅仅只是用于流速大小的测量,难以得到全面的流场信息。因此很难直接运用于表层流场的测定。工程中常用的方法是在水面上撒上一些碎纸屑,通过相机得到表层流场的分布,这样的做法仅仅只是对流场进行定性分析,难以有定量的结果。因此,迫切需要发明一种可以用于表层流场测量的装置***,能过快速得到表层的流速大小分布及流场信息。
发明内容
发明目的:为了克服现有技术中存在的不足,本发明提供一种表层流场测量装置***及测量方法,能够用于河道、水槽模型等表层流场的快速测定,***精度好,自动化程度高,减少了人力物力的投入。
技术方案:为实现上述目的,本发明的表层流场测量装置***,包括水槽,在水槽的底部安装有感光板,在水槽上方安装有光源,所述光源与感应板均通过信号线与控制器连接,控制器内设有脉冲发生装置。
作为优选,所述感光板的表面划分成正交网格,并将每个网格接收到的光强信息通过信号线发送给控制器。
一种上述的表层流场测量装置***的测量方法,包括以下步骤:
(1)在水槽底部安装有感光板,在感光板正上方安装有电源,感光板与电源分别与控制器连接;
(2)对***进行校正,检查感光板的每个网格的感光性是否正常;
(3)实验时,打开***的各个装置,在水流表面撒上碎纸屑;
(4)t1时刻,控制器控制脉冲发生装置发送两个时间间隔为Δt的脉冲信号,在第一个信号达到时,控制器记录从感光板传来的感光信息,在第二个信号达到时,再次记录感光板的感光信息;从而分析得到该时刻的流场信息:
单点流速大小公式:
单点流速方向:
式中:v为流速大小,Δt为脉冲时间间隔,it,jt分别为x方向和y方向是第一个脉冲时刻的网格节点编号,it+1,jt+1分别为x方向和y方向是第二个脉冲时刻的网格节点编号,Δlx,Δly分别为x方向和y方向的网格尺度。
作为优选,所述步骤(3)中碎纸屑的数量为N表示感光板的网格总数。
作为优选,所述步骤(4)网格尺度及脉冲时间间隔固定时,且Δlx=Δly,则式(2),式(3)简化为:
式中:c=Δl2/Δt。
在本发明中,使用的纸屑更加容易得到,而且采用感光的灵敏度也能满足要求,本发明应用了感光性,此外,本发明更在同一时间测量更大面积范围的水流流场,而不需要移动设备。
有益效果:相比现有的技术,本发明的有益效果在于:
(1)与传统的单点流速测量相比,该***可以直接得到表面的多点的流场信息,从而快速得到表层整体的流场信息。
(2)该***集成了测量部件,存储部件及显示部件,在测量的同时显示测量结果,提高了测量的效率。
附图说明
图1是本发明整体逻辑示意图;
图2是本发明部分结构图;
图3是脉冲信号图;
图4是感光板感光信号分析。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如图1和图2所示,在使用时,先在模型底部安放感光板2,感光板2与面光源1位置相互对齐,打开面光源1,对***进行校正,检查感光板2的每个网格的感光性是否正常。然后通过信号线3依次连接感光板2,控制器4,存储器和结果显示器。实验时,打开***的各个装置,在水流表面撒上碎纸屑,注意碎纸屑数量不宜过多或过少,碎纸屑通过面光源1下方时会遮挡光线,感光板2的接收到的光强信息发生变化,从而通过控制器分析,得到表面流场的分布情况,通过结果显示器显示。
如图3所示,为脉冲计时器的脉冲信号,以t1时刻为例,脉冲计时器向控制器发送两个时间间隔为Δt的脉冲信号,在第一个信号达到时,控制器记录从感光板2传来的感光信息,如图4所示,图中“x”表示该网格由于受到碎纸屑的遮挡光强明显变弱网格,在第二个信号达到时,再次记录感光板2的感光信息,如图4所示,“o”表示该网格由于受到碎纸屑遮挡光强明显变弱的网格。
从而分析得到该时刻的流场信息:
单点流速大小公式:
单点流速方向:
式中:v为流速大小,Δt为脉冲时间间隔,it,jt分别为x方向和y方向是第一个脉冲时刻的网格节点编号,it+1,jt+1分别为x方向和y方向是第二个脉冲时刻的网格节点编号,Δlx,Δly分别为x方向和y方向的网格尺度。
当网格尺度及脉冲时间间隔固定时,且Δlx=Δly,则式(2),式(3)简化为:
式中:c=Δl2/Δt
流场矢量图的绘制如图4所示。同理可以得到t2,t3等时刻的流场信息,从而得到流速随随时间的变化情况。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出:对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种表层流场测量装置***,其特征在于:包括水槽,在水槽的底部安装有感光板,在水槽上方安装有光源,所述光源与感应板均通过信号线与控制器连接,控制器内设有脉冲发生装置。
2.根据权利要求1所述的表层流场测量装置***,其特征在于:所述感光板的表面划分成正交网格,并将每个网格接收到的光强信息通过信号线发送给控制器。
3.一种如权利要求1或2所述的表层流场测量装置***的测量方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)在水槽底部安装有感光板,在感光板正上方安装有电源,感光板与电源分别与控制器连接;
(2)对***进行校正,检查感光板的感光性是否正常;
(3)实验时,打开***的各个装置,在水流表面撒上碎纸屑;
(4)t1时刻,控制器控制脉冲发生装置发送两个时间间隔为Δt的脉冲信号,在第一个信号达到时,控制器记录从感光板传来的感光信息,在第二个信号达到时,再次记录感光板的感光信息;从而分析得到该时刻的流场信息:
单点流速大小公式:
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式中:v为流速大小,Δt为脉冲时间间隔,it,jt分别为x方向和y方向是第一个脉冲时刻的网格节点编号,it+1,jt+1分别为x方向和y方向是第二个脉冲时刻的网格节点编号,Δlx,Δly分别为x方向和y方向的网格尺度。
4.根据权利要求3所述的表层流场测量装置***的测量方法,其特征在于:所述
步骤(3)中碎纸屑的数量为N表示感光板的网格总数。
5.根据权利要求3所述的表层流场测量装置***的测量方法,其特征在于:所述步骤(4)网格尺度及脉冲时间间隔固定时,且Δlx=Δly,则式(2),式(3)简化为:
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式中:c=Δl2/Δt。
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