本发明专利技术公开了一种测量固体颗粒物对竖井结构冲击力的方法及装置，属于市政排水技术领域。针对固体颗粒物进入水体后易发生偏转的问题，利用理论分析结合图像追踪技术手段，测量颗粒物撞击竖井底部时最终速度大小。利用图像追踪技术手段，获得颗粒物在水流中的运动过程，校正颗粒物受到的水流阻力系数。依据颗粒物撞击竖井结构前后的速度及撞击接触时间，最终获得颗粒物对竖井结构的冲击力大小。本发明专利技术可以监测排水管道中随水流运动固体颗粒物对竖井的冲击力的大小，为排水系统的运营管理提供技术支撑，避免振动导致相机安装不稳定，以至于识别运动轨迹不准确和湿气大产生水雾影响识别。响识别。响识别。
【技术实现步骤摘要】
一种测量固体颗粒物对竖井结构冲击力的方法及装置
[0001]本专利技术涉及市政排水
，尤其涉及一种测量排水系统中随水流运动的固体颗粒物对竖井结构冲击力的方法及装置。
技术介绍
[0002]随着我国现代化建设不断深入，城市化进程逐步加快，但城市排水管网系统中存在一定比例的排水井盖处于破损、丢失状态。不透水区域面积持续增加导致地表径流不断增大，强降雨期间大流量地表径流推动大体积固体颗粒物进入排水管道系统，加大了固体颗粒对排水管道结构的冲击破坏作用，加大了竖井结构破损的风险，造成较为严重的内部污水外渗、外部地下水入流等水环境问题。污水外渗会导致周边地下水和土壤污染，甚至引发道路坍塌。
[0003]固体颗粒物进入排水系统后随着管道内的水流一起运动。在管道连接处，固体颗粒随水流一同冲击竖井边壁，随后一同冲击竖井底部结构。在竖井底部湍流的作用下会多次反复冲击竖井底部，直到固体颗粒物离开竖井，进入下游管道。由于固体颗粒物存在多样性，高密度及硬度的颗粒物对竖井结构的冲击将会带来更大的破坏。
[0004]目前行业缺乏水流携带作用下固体颗粒物对竖井结构冲击力的测量方法。水流对颗粒物的携带机制不同，导致不同体型的颗粒撞击位置及冲击力的大小不同；同时不同体型颗粒进入竖井底部水垫层时方向发生偏转，进而增加了颗粒物冲击力的测量难度。本专利技术采用了一种图像追踪技术与理论分析相结合的方法，可以测量随水流运动固体颗粒物对竖井结构冲击力的大小。基于颗粒物的运动轨迹识别和理论分析的方法，对非规则颗粒物的冲击过程进行理论计算，可得到固体颗粒物对竖井结构的冲击力的大小，为实际工程中竖井结构安全设计提供理论依据和参考。
[0005]同时在方法进行应用时，颗粒物运动对管道进行撞击和水流冲击引起振动，而高速相机通常是用螺纹连接进行固定位置，振动会逐渐将螺栓振出，高速相机安装不稳定会导致识别出的颗粒物运动轨迹发生与实际不符合，且由于水流存在会导致管道周围湿气大，会导致高速相机镜头产生雾气，影响高速相机对颗粒物运动轨迹的识别。
技术实现思路
[0006]本专利技术为解决行业缺乏水流携带作用下固体颗粒物对竖井结构冲击力的测量方法，而提出的一种测量排水系统中随水流运动固体颗粒对竖井结构冲击力的方法。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：
[0008]一种测量排水系统中随水流运动固体颗粒物对竖井结构冲击力的方法，包括如下步骤：
[0009]S1、获取上游管道内随水流运动颗粒物的速度v0；
[0010]S2、利用自由落体运动原理获得颗粒物进入水垫层的速度v1；
[0011]S3、获取颗粒物竖井结构撞击过程中的接触时间Δt
p
；
[0012]S4、利用迭代的方式，通过图像追踪对迭代过程中颗粒物受到的阻力系数ψ进行修正，得到颗粒物在水中的速度变化过程以及颗粒物撞击竖井底部前的速度v
t
；
[0013]S5、获取颗粒物撞击竖井底部后的速度v
d
；
[0014]S6、利用动量定理计算颗粒物对竖井结构的冲击力。
[0015]优选的，所述S4中具体的迭代计算过程为：
[0016]a、由颗粒物进入竖井时t1的速度v1计算颗粒物受到的水流阻力ψ1大小；
[0017]b、确定迭代的时间步Δt；
[0018]c、利用动量方程求出t1时刻颗粒物的加速度a1大小；
[0019]d、结合初始速度v1，计算t2时刻颗粒物的速度v2；
[0020]e、计算出t1‑
t2时间段内颗粒物下降的高度h1；
[0021]f、重复步骤a
‑
e，直到计算出来的距离h1，h2，
…
，hn之和为水垫层(5)深度Hw，即Hw＝h1+h2+
···
+hn。
[0022]优选的，基于运动公式进行迭代计算，其中，ρ
w
为水的密度，ρ
s
为颗粒物的密度，g为重力加速度，V为颗粒物的体积，ψ为水流对颗粒物的阻力系数，d为颗粒物的当量直径，v为颗粒物的速度。
[0023]一种测量固体颗粒物对竖井结构冲击力的装置，包括高速相机组，所述高速相机组安装在竖井结构内，竖井结构包括上游管道、竖井、下游管道和基座，所述上游管道、竖井、下游管道依次连接，所述竖井顶部通过进气口与大气相通，竖井底部设置水垫层；
[0024]所述上游管道的正前方设有第一高速相机，所述下游管道正前方设有第二高速相机，所述竖井底部水垫层正前方设有第三高速相机，所述第一高速相机、第二高速相机和第三高速相机形成高速相机组；
[0025]所述第一高速相机用于获取上游管道内随水流运动颗粒物的速度；
[0026]所述第二高速相机用于获取颗粒物撞击竖井底部后的速度；
[0027]所述第三高速相机用于获取颗粒物竖井结构撞击过程中的接触时间。
[0028]优选的，所述基座的顶部放置有第三高速相机，所述第三高速相机的采集频率需达到帧/秒以上，所述第三高速相机的背面抵接有连接盘；
[0029]所述基座的顶部设置有防振安装组件，所述防振安装组件避免振动对第三高速相机造成影响；
[0030]所述防振安装组件的顶部设置有引导组件，所述引导组件对第三高速相机工作时所产生的热量进行引导。
[0031]优选的，所述防振安装组件包括固定板夹，所述固定板夹的侧壁且靠近顶部处开设有穿孔，所述穿孔的内壁插接有圆棍，所述圆棍的左端固定安装有圆盘，所述圆棍的右端固定安装有圆柱，所述圆柱的上下两侧均固定安装有弧形金属板，所述弧形金属板靠近圆柱的一侧开设有滑轨，所述弧形金属板的表面且位于滑轨处滑动连接有滑球，所述滑球的左端固定安装有连接杆，所述连接杆远离滑球的一端固定安装有插杆，所述插杆远离圆柱的一端固定安装有卡板，所述圆柱的右端固定安装有对接块，所述对接块的表面与固定块
插接。
[0032]优选的，所述引导组件包括牵引管，所述牵引管的内壁固定安装有支撑块，所述牵引管的表面转动连接有棘轮，所述棘轮的轴心处转动连接有支撑板，所述支撑板远离棘轮的一侧且位于棘轮轴心垂直线处转动连接有扇叶，所述棘轮的底部啮合连接有韧性金属片，所述韧性金属片的底部固定安装有振动块，所述振动块的左右两侧均固定安装有长程弹簧。
[0033]优选的，所述固定板夹的底部与基座铰接，所述固定板夹设有两个，且关于第三高速相机中心轴对称，所述圆柱靠近插杆的一侧开设有圆孔，所述插杆与圆孔滑动连接，所述对接块的横截面为凸字状，所述固定块的底部与固定板夹固定连接。
[0034]优选的，所述牵引管分为三段，所述牵引管之间的连接处与棘轮转动连接，所述支撑板的直径上设有连接板，所述连接板弧度与扇叶叶面弧度相同，所述振动块的底部与支撑块滑动连接，所述连接盘抵接在第三高速相机的散热口位置，所述支撑块与第三高速相机交错放置。
[0035]与现有技术相比，本专利技术提供了一种本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种测量固体颗粒物对竖井结构冲击力的方法，其特征在于：包括如下步骤：S1、获取上游管道(1)内随水流运动颗粒物的速度v0；S2、利用自由落体运动原理获得颗粒物进入水垫层(5)的速度v1；S3、获取颗粒物竖井结构撞击过程中的接触时间Δt
p
；S4、利用迭代的方式，通过图像追踪对迭代过程中颗粒物受到的阻力系数ψ进行修正，得到颗粒物在水中的速度变化过程以及颗粒物撞击竖井(2)底部前的速度v
t
；S5、获取颗粒物撞击竖井(2)底部后的速度v
d
；S6、利用动量定理计算颗粒物对竖井(2)结构的冲击力。2.根据权利要求1所述的测量固体颗粒物对竖井结构冲击力的方法，其特征在于：所述S4中具体的迭代计算过程为：a)由颗粒物进入竖井(2)时t1的速度v1计算颗粒物受到的水流阻力ψ1大小；b)确定迭代的时间步Δt；c)利用动量方程求出t1时刻颗粒物的加速度a1大小；d)结合初始速度v1，计算t2时刻颗粒物的速度v2；e)计算出t1‑
t2时间段内颗粒物下降的高度h1；f)重复步骤a
‑
e，直到计算出来的距离h1，h2，
…
，hn之和为水垫层(5)深度Hw，即Hw＝h1+h2+
···
+hn。3.根据权利要求2所述的测量固体颗粒物对竖井结构冲击力的方法，其特征在于：基于运动公式进行迭代计算，其中，ρ
w
为水的密度，ρ
s
为颗粒物的密度，g为重力加速度，V为颗粒物的体积，ψ为水流对颗粒物的阻力系数，d为颗粒物的当量直径，v为颗粒物的速度。4.一种应用于权利要求1
‑
3任一所述方法内的测量固体颗粒物对竖井结构冲击力的装置，包括高速相机组，所述高速相机组安装在竖井结构内，竖井结构包括上游管道(1)、竖井(2)、下游管道(3)，所述上游管道(1)、竖井(2)、下游管道(3)依次连接，所述竖井(2)顶部通过进气口(4)与大气相通，竖井(2)底部设置水垫层(5)；其特征在于：所述上游管道(1)的正前方设有第一高速相机(6)，所述下游管道(3)正前方设有第二高速相机(7)，所述竖井(2)底部水垫层(5)正前方设有第三高速相机(8)，所述第一高速相机(6)、第二高速相机(7)和第三高速相机(8)形成高速相机组；所述第一高速相机(6)用于获取上游管道(1)内随水流运动颗粒物的速度；所述第二高速相机(7)用于获取颗粒物撞击竖井(2)底部后的速度；所述第三高速相机(8)用于获取颗粒物竖井结构撞击过程中的接触时间。5.根据权利要求4所述的测量固体颗粒物对竖井结构冲击力的装置，其特征在于：还包括基座(9)，所述基座(9)的顶部放置有第三高速相机(8)，所述第三高速相机(8)的采集频率需达到10000帧/秒以上，所述第三高速相机(8)的背面抵接有连接盘(10)；所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘虹，刘甲春，黄标，朱志伟，
申请(专利权)人：宁波大学，
类型：发明
国别省市：
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