CN108120850A - 一种表层流场测量装置***及测量方法 - Google Patents

一种表层流场测量装置***及测量方法 Download PDF

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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

一种表层流场测量装置***及测量方法
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：
<mrow> <mi>v</mi> <mo>=</mo> <msqrt> <mrow> <msup> <mi>&amp;Delta;y</mi> <mn>2</mn> </msup> <mo>+</mo> <msup> <mi>&amp;Delta;x</mi> <mn>2</mn> </msup> </mrow> </msqrt> <mo>/</mo> <mi>&amp;Delta;</mi> <mi>t</mi> <mo>=</mo> <msqrt> <mrow> <msup> <mrow> <mo>&amp;lsqb;</mo> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>j</mi> <mrow> <mi>t</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>j</mi> <mi>t</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <msub> <mi>&amp;Delta;l</mi> <mi>y</mi> </msub> <mo>&amp;rsqb;</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> <mo>+</mo> <msup> <mrow> <mo>&amp;lsqb;</mo> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>i</mi> <mrow> <mi>t</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>i</mi> <mi>t</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <msub> <mi>&amp;Delta;l</mi> <mi>x</mi> </msub> <mo>&amp;rsqb;</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> </mrow> </msqrt> <mo>/</mo> <mi>&amp;Delta;</mi> <mi>t</mi> </mrow>
单点流速方向：
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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：
<mrow> <mi>v</mi> <mo>=</mo> <mi>c</mi> <msqrt> <mrow> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>j</mi> <mrow> <mi>t</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>j</mi> <mi>t</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> <mo>+</mo> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>i</mi> <mrow> <mi>t</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>i</mi> <mi>t</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> </mrow> </msqrt> </mrow>
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式中：c＝Δl2/Δt。
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