[發(fā)明專利]利用河工模型測量明渠湍流長結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410585752.9
• 申請日: 2014-10-28
• 公開（公告）號: CN104314040A
• 公開（公告）日: 2015-01-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊勝發(fā);張鵬;魏祥龍;胡江;李文杰;沈穎;幸韻;田蜜
• 申請（專利權(quán)）人: 重慶交通大學
• 主分類號: E02B1/02
• 分類號: E02B1/02
• 代理公司: 重慶博凱知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 50212
• 代理人: 李玉盛;李海華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種測量系統(tǒng)及方法，特別涉及一種利用河工模型測量明渠湍流長結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)及方法。

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背景技術(shù)

河工模型試驗是進行河流研究的重要手段，它是以河流中有代表性的一段河道為原型，并按照一定的比例縮小制作成河道模型。不同特征的河道使用不同的河工模型，然后根據(jù)實際河流的水流和泥沙狀況，在河工模型上復演水流運動和泥沙運動，進而實現(xiàn)對實際河流的模擬。與實際河道的組成結(jié)構(gòu)類似，河工模型的具體結(jié)構(gòu)可以包括河岸子模型和河床子模型；在實際應(yīng)用中，所述河岸子模型通常是兩道模型邊墻，所述的河床子模型定床部分通常是設(shè)于兩道模型邊墻之間。目前，人們對河流或者明渠中的水流運動規(guī)律、水流或者湍流長的結(jié)構(gòu)還沒有一個完全明確的清晰意識，因此在大量的水利工程中，有關(guān)明渠端長結(jié)構(gòu)的測量還需要通過河工模型試驗來解決。以為以后的水利工程作好一個良好的鋪墊和準備。

目前，也有一些研發(fā)單位對明渠的湍流長結(jié)構(gòu)進行測量，他們采取的方法大致如下：增加示蹤粒子，他們增加的方法是一次性中入較多的示蹤粒子，多次且不連續(xù)的增加，這樣存在的缺陷是：由于示蹤粒子的密度比水大，當水的流動速度較小時，示蹤粒子就會逐漸下沉，示蹤粒子下沉下河床子底部，如此，不利于測量湍流的測量；當激光對示蹤粒子打光時，當工模型較大，測量的范圍較大時，激光的強度不夠，使拍攝出來的同一圖片，它的近激光位置的示蹤粒子的亮度大于遠激光位置的示蹤粒子的亮度，使遠激光位置的粒子激光強度嚴重不足，在后續(xù)的對湍流長結(jié)構(gòu)進行計算時，造成計算數(shù)據(jù)不準。

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發(fā)明內(nèi)容

針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：提供了利用河工模型測量明渠湍流長結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)及方法，能夠解決激光強度不足、示蹤粒子下沉不利于對水體進行示蹤的問題。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的一個技術(shù)方案是：提供一種利用河工模型測量明渠湍流長結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)，所述河工模型包括河床子模型以及位于河床子模型兩側(cè)的左河岸子模型和右河岸子模型，所述河工模型包括水源進口端和水源出口端，所述測量的系統(tǒng)包括：激光源，由一激光發(fā)射器發(fā)出；所述激光發(fā)射器置于左河岸子模型或者右河岸子模型的外側(cè)，所述激光發(fā)射器用于將激光源水平射入河工模型的待測位置；反射鏡，貼于與激光源相對的一個河岸子模型的外壁；反射鏡用于使激光源的反射光平面與入射光平面重合；供回水裝置，位于河工模型的進口端；示蹤粒子加入設(shè)備，位于河工模型的水源進口端，它勻速地加入示蹤粒子到流動的水體中；置于河床子模型下端的圖像采集裝置；以及計算處理裝置，其與所述圖像采集裝置連接，且用于對采集到的圖像進行分析、處理以得到明渠湍流長結(jié)構(gòu)的計算處理裝置；所述供回水裝置放水后，示蹤粒子加入設(shè)備將示蹤粒子加入至流動的水體中，所述激光源從其中一個河岸子模型水平穿入，它穿過待測位置的流動的水體，將激光打入到反射鏡中，所述反射鏡將激光再次反射到待測位置以增加待測位置處的激光強度，所述圖像采集裝置對待測位置的湍流長結(jié)構(gòu)進行采集，并將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到計算處理裝置，所述計算機處理裝置對采集數(shù)據(jù)進行分析、處理以得到待測位置的明渠湍流長結(jié)構(gòu)，其中，所述采集數(shù)據(jù)為圖片。

進一步的，所述示蹤粒子加入設(shè)備包括兩根擱置桿以及位于兩根擱置桿中間且上端開口的箱體，所述箱體的箱底設(shè)有由電機帶動的轉(zhuǎn)動攪拌裝置，在箱底的底部還與一輸出管道的接入端相接通，所述輸出管道的輸出口埋于流動的水體中，在所述輸出管道上還增設(shè)有控制示蹤粒子的流量大小的閘閥；所述示蹤粒子加入設(shè)備通過兩根擱置桿放置于左河岸子模型和右河岸子模型上。

進一步的，所述輸出管道的輸出口為直徑1mm的細鋼針，它埋于水體中。

進一步的，所述激光發(fā)射器具有一個可自由調(diào)整高度的底座。

進一步的，所述計算處理裝置還用于將接收到的多張采集圖片進行統(tǒng)計，并對每相鄰的兩張圖片進行流場矢量計算，將計算得到的每一個流場矢量制成一張流場瞬時圖；還用于將流場瞬時圖去重后，按照先后順序、從右至左依次進行排列，以得到明渠湍流長結(jié)構(gòu)的矢量流場，進一步得到明渠湍流長結(jié)構(gòu)。