立体PIV测量冲刷桩墩周围流场的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种立体PIV测量冲刷桩墩周围流场的装置及方法。本发明专利技术装置可通过立体PIV系统结合光学折射组件，消除冲刷坑以及不同介质之间的散射和反射等，可最大程度保证冲刷坑内流场的准确性。结合PIVlab软件，基于视野的精细分辨率，根据PIV粒子的离散数据位置生成三维联合网格，并将速度矢量的雷诺分解数据插值到该三维联合网格上，以将相关视野中重叠测量区域同化到相同粒子位移的数据集。本发明专利技术量化冲刷桩墩周围流场的湍流结构；确定冲刷坑中特征位置的垂向速度分布模式；分析冲刷边缘的水流分离过程以及与主涡流的相互作用；确定冲刷过程中水流壁面剪应力的时空演变等。定冲刷过程中水流壁面剪应力的时空演变等。定冲刷过程中水流壁面剪应力的时空演变等。

【技术实现步骤摘要】
立体PIV测量冲刷桩墩周围流场的装置及方法


[0001]本专利技术涉及近岸/河流水沙动力相关的野外观测及物模实验领域，具体为立体PIV测量冲刷桩墩周围流场的装置及方法。

技术介绍

[0002]水工建筑物(如桥墩、平台支撑)是近岸及河流中最常见的环境因子。桩墩边界层周围产生的下潜流控制整体流场，挟带高动量的下潜流冲向近壁区使水体旋转，形成所谓的马蹄涡旋。周围水流的局部扰动可导致近壁区剪应力水平增强，进而促进桩墩周围泥沙冲刷坑形成。随着泥沙冲刷坑越来越深，冲刷重心会向桩墩前部移动。后续冲刷坑不断演变，直到达到平衡状态，水流对泥沙颗粒作用力降低到临界阈值以下。当桩墩周围形成稳定冲刷坑时，其内流场始终存在马蹄涡。该漩涡强度在桩墩上游对称平面内最大，而在向侧面弯曲延展时减弱。此类冲刷坑可能对结构物的安全构成严重威胁。冲刷坑动力特性是桩墩基础设计中的必须环节。由于实地观测难以恰好地捕捉到冲刷坑内的马蹄涡旋，且野外作业要耗费大量的人力物力，因此考虑比尺效应的室内物理模型实验是其主要替代研究手段。桩墩冲刷坑量测的实验技术仍需进一步创新和发展。目前尚没有流体侵蚀本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.立体PIV测量冲刷桩墩周围流场的方法，其特征在于：构建冲刷桩墩物理模型；重建物理模型的速度场分量，获得三维联合网格；并将速度矢量的雷诺分解数据插值到该三维联合网格上，以将桩坑衔接视野和桩坑衔接视野中重叠测量区域同化到相同粒子位移的数据集；量化冲刷桩墩周围流场的湍流结构，包括湍流各向异性和拟序结构：确定冲刷坑中特征位置的垂向速度分布模式，针对所述的桩坑衔接视野和桩坑衔接视野中感兴趣区域的速度场，以无量纲垂向深度为纵坐标，以无量纲流向速度为横坐标，确定流场结构的自相似特点；以本征正交分解为辅助算法，将冲刷边缘的水流分离过程独立，将水流壁面剪应力分解为粘性剪应力、湍流切应力、分散应力，确定三项分应力对总水流壁面剪应力贡献占比。2.根据权利要求1所述的立体PIV测量冲刷桩墩周围流场的方法，其特征在于：由实测的桩墩冲刷坑高程数据定制冲刷坑重塑地形，将桩墩置于冲刷坑重塑地形上并固定，采用满足弗汝德相似的恒定水流条件；将PIV示踪粒子置于来流水体中，满足均匀分布的条件。3.根据权利要求2所述的立体PIV测量冲刷桩墩周围流场的方法，其特征在于：重建物理模型速度场分量过程中采用立体PIV组件；所述立体PIV...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡可可，尤爱菊，余根听，王自明，陈怡，徐海波，张鸿清，滑磊，李想，
申请(专利权)人：浙江省水利河口研究院浙江省海洋规划设计研究院，
类型：发明
国别省市：