流體可視化技術(shù)在沙棘柔性壩流場測量中的應(yīng)用研究.pdf

1、流動顯示和流速場的定量測量是大部分流體研究學(xué)者所要面臨的主要課題之一,為了解決這一難題,各種流速測量技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。自上世紀(jì)初人們發(fā)明的熱線熱膜測速儀(Hot Wire Film Anemometer)開始,到結(jié)合計(jì)算機(jī)與光學(xué)技術(shù)形成的粒子圖像測速技術(shù)(Particle Image Velocimetry)。歷經(jīng)七十多年的發(fā)展,流場測量逐漸克服了單點(diǎn)接觸式測量的缺陷。但是,國內(nèi)大多數(shù)學(xué)者主要研究粒子圖像測速技術(shù)(PIV)在室內(nèi)小型試驗(yàn)臺的

2、應(yīng)用,而且其實(shí)驗(yàn)條件比較嚴(yán)格。為了能更好的利用并推廣這一先進(jìn)的流場測速技術(shù),并探究其在室外大型試驗(yàn)場的效果,本研究在國家自然基金項(xiàng)目“黃河粗沙區(qū)沙棘柔性壩水保效應(yīng)原型試驗(yàn)與數(shù)學(xué)模擬”的支持下,運(yùn)用粒子圖像測速技術(shù)(PIV)觀測沙棘柔性壩的流場變化形態(tài)。其完成的主要工作有： (1)根據(jù)粒子圖像測速技術(shù)的基本原理,設(shè)計(jì)一套適用于觀測室外流場的圖像采集的試驗(yàn)裝置。 (2)研究粒子圖像測速技術(shù)。其中包括數(shù)字圖像預(yù)處理、粒子圖像測

3、速算法和數(shù)據(jù)后處理。結(jié)合粒子圖像測速技術(shù),用計(jì)算機(jī)語言編寫程序重構(gòu)沙棘“柔性壩”的水流運(yùn)動特征(包含沙棘“柔性壩”流場的計(jì)算)。 (3)由實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析研究沙棘柔性壩在攔沙固沙中的作用,從水流動力學(xué)角度為植物“柔性壩”攔沙固沙提供理論和技術(shù)支撐。同時(shí)探索粒子圖像測速技術(shù)在測量室外大型水工模型或者天然水體的流場的可行性。 本文獲得的主要結(jié)論如下： (1)用PIV法測量了全床面瞬時(shí)流速后取各個(gè)監(jiān)測段面的平均流速繪圖發(fā)現(xiàn)