流體可視化技術在沙棘柔性壩流場測量中的應用研究.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,各種流速測量技術應運而生。自上世紀初人們發(fā)明的熱線熱膜測速儀(Hot Wire Film Anemometer)開始,到結合計算機與光學技術形成的粒子圖像測速技術(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接觸式測量的缺陷。但是,國內大多數(shù)學者主要研究粒子圖像測速技術(PIV)在室內小型試驗臺的

2、應用,而且其實驗條件比較嚴格。為了能更好的利用并推廣這一先進的流場測速技術,并探究其在室外大型試驗場的效果,本研究在國家自然基金項目“黃河粗沙區(qū)沙棘柔性壩水保效應原型試驗與數(shù)學模擬”的支持下,運用粒子圖像測速技術(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)粒子圖像測速技術的基本原理,設計一套適用于觀測室外流場的圖像采集的試驗裝置。 (2)研究粒子圖像測速技術。其中包括數(shù)字圖像預處理、粒子圖像測

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