本实用新型专利技术设计了一种追踪粒子与静置构筑物相互作用的试验装置，包括一侧开口的风洞室、设置在所述风洞室顶面的漏斗(6)、设置在所述风洞室内部下表面上的路基模型(1)、高速摄影系统和与所述高速摄影系统相连的计算机系统(7)，风洞室一面透明，路基模型(1)在所述风向上定位在所述漏斗(6)的下游侧，外置高速摄像头(2)用于拍摄粒子在所述风洞室内的轨迹，内置高速摄像头(3)用于拍摄粒子撞击所述路基模型(1)的过程，拍摄的图片传送并保存在所述计算机系统(7)中，以便通过所述计算机系统分析粒子与构筑物的相互作用。本实用新型专利技术的试验装置，操作方便、成本低廉、数据全面、效果直观，可以在风洞试验粒子测试技术中大范围推广应用。
【技术实现步骤摘要】
本技术涉及一种多相流流场测试方法，尤其涉及一种观察流场中行进的粒子 与静置构筑物间相互作用的试验装置。
技术介绍
风沙运动是一个古老而年轻的流体力学研宄领域。近年来，粒子图像测速技术 (Part icle Image Velocimetry，简称PIV)被引入风沙环境风洞进行风沙运动参数的研 宄。PIV是一种瞬态、多点、无接触式的激光流体力学测速方法，可在同一时刻记录下整个测 量平面的有关信息，从而可以获得流动的瞬时速度场等。PIV可运用于测量风沙流中颗粒速 度分布、浓度分布、风沙地貌形成演化、防沙工程原理及应用等方面，该技术具有一定优势， 克服了传统空间单点测量技术的局限性。 然而，风携带粒子运动轨迹的测试是一个非常复杂的问题，当风携带粒子前行过 程中撞击到流场中静置的构筑物后，粒子呈现出反弹、运移、爬行以及吸附等运动特征。对 于测试粒子撞击构筑物的位置、撞击瞬间的速度、角度，撞击后的运动轨迹等，已有的PIV 技术存在局限性。例如，现有的PIV技术如下： (1)国内学者中国科学院寒旱所钱广强，董治宝，王洪涛等人（2006)在风洞试验 中，利用PIV测量气流速度，提出"粒子图像测速（PIV)技术在风沙环境风洞中的应用"，发 表在"中国沙漠，2006, 26 (6) : 890-893. " ； (2)国内学者浙江大学阮晓东等人（2005)开展了两相流数字粒子图像测速的方 法及其装置，用高速CCD摄像机记录示踪粒子及分散相粒子的轨迹； (3)国外学者美国纽约大学D. G.戈里尔等人（2011)开展全息视频显微术，用于诸 帧基础上分析视频流，按照自动、实时方式分析诸如球体的胶体粒子； (4)国内学者中国航空工业集团公司沈阳飞机设计研宄所黎军等人（2013)开展 了 PIV流场速度修正方法，修正PIV系统测量流场速度时，由于摄像机镜头畸变所产生的测 量误差。 上述现有技术主要是对已有PIV技术的不断完善和改进，但都无法实现对多相流 流场中行进中的粒子与静置构筑物间相互作用的测试。因为，现有的Piv技术在风洞中的 应用存在的问题如下： (1)现有的PIV技术是通过测量粒子被风从地面吹起后，在风场中被启动、挪移、 携带运行的运动轨迹，在经过预先设计的测量区域时测定的粒子瞬间运动速度。这种测试 更多限制在地表附近水平区域，对于垂直区域的测试存在一定的局限性。 (2)PIV技术可以测得粒子在某一时刻的水平速度分量U、垂直速度分量W、合速度 V等，但不适合用于反映风携带粒子与风场中静置构筑物的相互作用。 目前，对于风携带粒子在前进过程中与静置构筑物的相互作用规律提出了迫切的 科研需求，可以为揭示构筑物侵蚀机理提供基础理论和试验依据。对流场中行进的粒子与 静置构筑物间相互作用的测试，可以更准确描述构筑物的侵蚀区域和侵蚀机理。但已有的 PIV技术已经不能满足实际需求。
技术实现思路
为了克服现有的缺陷，本技术提出一种追踪粒子与静置构筑物间相互作用的 试验装置，该试验装置可以实现对多相流流场中沙粒子撞击构筑物运动轨迹的图像测试与 图像分析，从而更准确揭示构筑物的侵蚀区域和侵蚀机理。 本技术提出的试验装置，包括一侧开口的风洞室、设置在所述风洞室顶面的 漏斗（6)、设置在所述风洞室内部的下表面上的路基模型（1)、高速摄影系统和与所述高速 摄影系统相连的计算机系统（7)，其特征在于，粒子通过所述漏斗（6)进入所述风洞室，所 述风洞室内提供风速可控的自然风场，所述风洞室一面透明，所述风洞室的透明侧垂直于 所述开口侧且平行于风向，所述路基模型（1)在所述风向上定位在所述漏斗（6)的下游侧， 所述高速摄影系统包括外置高速摄像头（2)和内置高速摄像头（3)，所述外置高速摄像头 (2)设置在所述透明侧的外侧且该外置高速摄像头的中心线与所述路基模型的中心线位于 同一竖直平面，以用于拍摄粒子在所述风洞室内的轨迹，所述内置高速摄像头（3)设置在 所述风洞室的内部底部以用于拍摄粒子撞击所述路基模型（1)的过程，所述高速摄影系统 拍摄的图片传送并保存在所述计算机系统（7)中，以便通过所述计算机系统分析粒子与构 筑物的相互作用。 通过本试验装置，可以进行"风携沙粒子测试、风吹雪粒子测试、风驱雨滴粒子测 试"等试验，本试验装置，设计简单、方便操作、成本低廉，可以在风洞测试试验中大范围推 广应用。【附图说明】 图1是试验装置示意图； 图2是灯箱及其细部构造； 图3是路基在黑色PVC植绒坐标格纸上的投影示意图； 图4是风携沙粒子经过路基的不同轨迹的示意图。【具体实施方式】 下面结合附图和具体实施例对本技术提供的一种追踪粒子与静置构筑物间 相互作用的试验装置进行详细描述。 在这里做以说明的是，为了使实施例更加详尽，下面的实施例为最佳、优选实施 例，对于一些公知技术本领域技术人员也可采用其他替代方式而进行实施；而且附图部分 仅是为了更具体的描述实施例，而并不旨在对本技术进行具体的限定；同时，为了解释 的明确性，阐述了特定的数目、配置和顺序，但是很明显，在没有这些特定细节的情况下，也 可以实施本技术。 如图1所示，图1提供了追踪粒子与静置构筑物间相互作用的试验装置，包括一侧 开口的风洞室、设置在风洞室顶面的漏斗6、设置在风洞室内部的下表面上的路基模型1、 高速摄影当前第1页1 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种追踪粒子与构筑物相互作用的试验装置，包括一侧开口的风洞室、设置在所述风洞室顶面的漏斗(6)、设置在所述风洞室内部下表面上的路基模型(1)、高速摄影系统和与所述高速摄影系统相连的计算机系统(7)，其特征在于，粒子通过所述漏斗(6)进入所述风洞室，所述风洞室内提供风速可控的自然风场，所述风洞室一面透明，所述风洞室的透明侧垂直于所述开口侧且平行于风向，所述路基模型(1)在所述风向上定位在所述漏斗(6)的下游侧，所述高速摄影系统包括外置高速摄像头(2)和内置高速摄像头(3)，所述外置高速摄像头(2)设置在所述透明侧的外侧且该外置高速摄像头的中心线与所述路基模型的中心线位于同一竖直平面，以用于拍摄粒子在所述风洞室内的轨迹，所述内置高速摄像头(3)设置在所述风洞室的内部底部以用于拍摄粒子撞击所述路基模型(1)的过程，所述高速摄影系统拍摄的图片传送并保存在所述计算机系统(7)中，以便通过所述计算机系统分析粒子与构筑物的相互作用。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李驰，高利平，葛晓东，马云峰，高瑜，黄保生，
申请(专利权)人：内蒙古工业大学，
类型：新型
国别省市：内蒙古;15
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