一種追蹤粒子與靜置構(gòu)筑物間相互作用的試驗(yàn)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種多相流流場(chǎng)測(cè)試方法，尤其涉及一種觀察流場(chǎng)中行進(jìn)的粒子 與靜置構(gòu)筑物間相互作用的試驗(yàn)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)是一個(gè)古老而年輕的流體力學(xué)研宄領(lǐng)域。近年來(lái)，粒子圖像測(cè)速技術(shù) (Part icle Image Velocimetry，簡(jiǎn)稱PIV)被引入風(fēng)沙環(huán)境風(fēng)洞進(jìn)行風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)參數(shù)的研 宄。PIV是一種瞬態(tài)、多點(diǎn)、無(wú)接觸式的激光流體力學(xué)測(cè)速方法，可在同一時(shí)刻記錄下整個(gè)測(cè) 量平面的有關(guān)信息，從而可以獲得流動(dòng)的瞬時(shí)速度場(chǎng)等。PIV可運(yùn)用于測(cè)量風(fēng)沙流中顆粒速 度分布、濃度分布、風(fēng)沙地貌形成演化、防沙工程原理及應(yīng)用等方面，該技術(shù)具有一定優(yōu)勢(shì)， 克服了傳統(tǒng)空間單點(diǎn)測(cè)量技術(shù)的局限性。
[0003] 然而，風(fēng)攜帶粒子運(yùn)動(dòng)軌跡的測(cè)試是一個(gè)非常復(fù)雜的問(wèn)題，當(dāng)風(fēng)攜帶粒子前行過(guò) 程中撞擊到流場(chǎng)中靜置的構(gòu)筑物后，粒子呈現(xiàn)出反彈、運(yùn)移、爬行以及吸附等運(yùn)動(dòng)特征。對(duì) 于測(cè)試粒子撞擊構(gòu)筑物的位置、撞擊瞬間的速度、角度，撞擊后的運(yùn)動(dòng)軌跡等，已有的PIV 技術(shù)存在局限性。例如，現(xiàn)有的PIV技術(shù)如下：
[0004] (1)國(guó)內(nèi)學(xué)者中國(guó)科學(xué)院寒旱所錢廣強(qiáng)，董治寶，王洪濤等人（2006)在風(fēng)洞試驗(yàn) 中，利用PIV測(cè)量氣流速度，提出"粒子圖像測(cè)速（PIV)技術(shù)在風(fēng)沙環(huán)境風(fēng)洞中的應(yīng)用"，發(fā) 表在"中國(guó)沙漠，2006, 26 (6) : 890-893. " ；
[0005] (2)國(guó)內(nèi)學(xué)者浙江大學(xué)阮曉東等人（2005)開(kāi)展了兩相流數(shù)字粒子圖像測(cè)速的方 法及其裝置，用高速CCD攝像機(jī)記錄示蹤粒子及分散相粒子的軌跡；
[0006] (3)國(guó)外學(xué)者美國(guó)紐約大學(xué)D. G.戈里爾等人（2011)開(kāi)展全息視頻顯微術(shù)，用于諸 幀基礎(chǔ)上分析視頻流，按照自動(dòng)、實(shí)時(shí)方式分析諸如球體的膠體粒子；
[0007] (4)國(guó)內(nèi)學(xué)者中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)公司沈陽(yáng)飛機(jī)設(shè)計(jì)研宄所黎軍等人（2013)開(kāi)展 了 PIV流場(chǎng)速度修正方法，修正PIV系統(tǒng)測(cè)量流場(chǎng)速度時(shí)，由于攝像機(jī)鏡頭畸變所產(chǎn)生的測(cè) 量誤差。
[0008] 上述現(xiàn)有技術(shù)主要是對(duì)已有PIV技術(shù)的不斷完善和改進(jìn)，但都無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)多相流 流場(chǎng)中行進(jìn)中的粒子與靜置構(gòu)筑物間相互作用的測(cè)試。因?yàn)?，現(xiàn)有的Piv技術(shù)在風(fēng)洞中的 應(yīng)用存在的問(wèn)題如下：
[0009] (1)現(xiàn)有的PIV技術(shù)是通過(guò)測(cè)量粒子被風(fēng)從地面吹起后，在風(fēng)場(chǎng)中被啟動(dòng)、挪移、 攜帶運(yùn)行的運(yùn)動(dòng)軌跡，在經(jīng)過(guò)預(yù)先設(shè)計(jì)的測(cè)量區(qū)域時(shí)測(cè)定的粒子瞬間運(yùn)動(dòng)速度。這種測(cè)試 更多限制在地表附近水平區(qū)域，對(duì)于垂直區(qū)域的測(cè)試存在一定的局限性。
[0010] (2)PIV技術(shù)可以測(cè)得粒子在某一時(shí)刻的水平速度分量U、垂直速度分量W、合速度 V等，但不適合用于反映風(fēng)攜帶粒子與風(fēng)場(chǎng)中靜置構(gòu)筑物的相互作用。
[0011] 目前，對(duì)于風(fēng)攜帶粒子在前進(jìn)過(guò)程中與靜置構(gòu)筑物的相互作用規(guī)律提出了迫切的 科研需求，可以為揭示構(gòu)筑物侵蝕機(jī)理提供基礎(chǔ)理論和試驗(yàn)依據(jù)。對(duì)流場(chǎng)中行進(jìn)的粒子與 靜置構(gòu)筑物間相互作用的測(cè)試，可以更準(zhǔn)確描述構(gòu)筑物的侵蝕區(qū)域和侵蝕機(jī)理。但已有的 PIV技術(shù)已經(jīng)不能滿足實(shí)際需求。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0012] 為了克服現(xiàn)有的缺陷，本實(shí)用新型提出一種追蹤粒子與靜置構(gòu)筑物間相互作用的 試驗(yàn)裝置，該試驗(yàn)裝置可以實(shí)現(xiàn)對(duì)多相流流場(chǎng)中沙粒子撞擊構(gòu)筑物運(yùn)動(dòng)軌跡的圖像測(cè)試與 圖像分析，從而更準(zhǔn)確揭示構(gòu)筑物的侵蝕區(qū)域和侵蝕機(jī)理。
[0013] 本實(shí)用新型提出的試驗(yàn)裝置，包括一側(cè)開(kāi)口的風(fēng)洞室、設(shè)置在所述風(fēng)洞室頂面的 漏斗（6)、設(shè)置在所述風(fēng)洞室內(nèi)部的下表面上的路基模型（1)、高速攝影系統(tǒng)和與所述高速 攝影系統(tǒng)相連的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（7)，其特征在于，粒子通過(guò)所述漏斗（6)進(jìn)入所述風(fēng)洞室，所 述風(fēng)洞室內(nèi)提供風(fēng)速可控的自然風(fēng)場(chǎng)，所述風(fēng)洞室一面透明，所述風(fēng)洞室的透明側(cè)垂直于 所述開(kāi)口側(cè)且平行于風(fēng)向，所述路基模型（1)在所述風(fēng)向上定位在所述漏斗（6)的下游側(cè)， 所述高速攝影系統(tǒng)包括外置高速攝像頭（2)和內(nèi)置高速攝像頭（3)，所述外置高速攝像頭 (2)設(shè)置在所述透明側(cè)的外側(cè)且該外置高速攝像頭的中心線與所述路基模型的中心線位于 同一豎直平面，以用于拍攝粒子在所述風(fēng)洞室內(nèi)的軌跡，所述內(nèi)置高速攝像頭（3)設(shè)置在 所述風(fēng)洞室的內(nèi)部底部以用于拍攝粒子撞擊所述路基模型（1)的過(guò)程，所述高速攝影系統(tǒng) 拍攝的圖片傳送并保存在所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（7)中，以便通過(guò)所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)分析粒子與構(gòu) 筑物的相互作用。
[0014] 通過(guò)本試驗(yàn)裝置，可以進(jìn)行"風(fēng)攜沙粒子測(cè)試、風(fēng)吹雪粒子測(cè)試、風(fēng)驅(qū)雨滴粒子測(cè) 試"等試驗(yàn)，本試驗(yàn)裝置，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、方便操作、成本低廉，可以在風(fēng)洞測(cè)試試驗(yàn)中大范圍推 廣應(yīng)用。
【附圖說(shuō)明】
[0015] 圖1是試驗(yàn)裝置示意圖；
[0016] 圖2是燈箱及其細(xì)部構(gòu)造；
[0017] 圖3是路基在黑色PVC植絨坐標(biāo)格紙上的投影示意圖；
[0018] 圖4是風(fēng)攜沙粒子經(jīng)過(guò)路基的不同軌跡的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型提供的一種追蹤粒子與靜置構(gòu)筑物間 相互作用的試驗(yàn)裝置進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0020] 在這里做以說(shuō)明的是，為了使實(shí)施例更加詳盡，下面的實(shí)施例為最佳、優(yōu)選實(shí)施 例，對(duì)于一些公知技術(shù)本領(lǐng)域技術(shù)人員也可采用其他替代方式而進(jìn)行實(shí)施；而且附圖部分 僅是為了更具體的描述實(shí)施例，而并不旨在對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行具體的限定；同時(shí)，為了解釋 的明確性，闡述了特定的數(shù)目、配置和順序，但是很明顯，在沒(méi)有這些特定細(xì)節(jié)的情況下，也 可以實(shí)施本實(shí)用新型。
[0021] 如圖1所示，圖1提供了追蹤粒子與靜置構(gòu)筑物間相互作用的試驗(yàn)裝置，包括一側(cè) 開(kāi)口的風(fēng)洞室、設(shè)置在風(fēng)洞室頂面的漏斗6、設(shè)置在風(fēng)洞室內(nèi)部的下表面上的路基模型1、 高速攝影