【技术实现步骤摘要】
针对柔性植物运动与水流耦合的同步测量方法及系统
[0001]本申请涉及水利和实验测量领域,尤指一种针对柔性植物运动与水流耦合的同步测量方法及系统
。
技术介绍
[0002]在河流
、
湖泊和海岸区域等水环境中,植物的运动对水流的阻力
、
扰动和流场结构都产生重要影响
。
在过去一段时间内,水生植物相关的流动动力学研究,无论是实验还是数值方面,都广泛采用概化的刚性模型模拟植物
。
然而,大多数植物,特别是水生植物,都具有一定程度的结构柔性,这决定了水下植物在水动力强迫下会出现运动响应,例如,流动分离和旋涡脱落会引起植物摆动,这种植物运动与周围流动耦合的水动力机制是水利
、
海洋工程领域重要的工程问题
。
[0003]流固耦合运动和流场的量化是研究关键过程的核心,具体来说,对于柔性植物的三维运动和水流特征进行同步测量是非常重要的
。
然而,由于与模拟真实植物的模型的流场和植物运动同时进行取样和量化存在很大挑战,目前,大多数研究使用的实验方案最多只能捕获单个研究对象的独立特征,即流场特征或植物运动行为,而这些方法不能揭示湍流结构和植物变形之间的瞬时耦合
。
[0004]总结来说,传统的测量系统有以下缺点:不具备高效同步检测能力:通常将柔性结构的运动和流场的测量分开独立测量
。
不具备柔性结构三维检测能力:采用粒子图像测速系统或者相机识别捕捉都限制在平面运动,无法做到三维运动 ...
【技术保护点】
【技术特征摘要】 【专利技术属性】
1.
一种针对柔性植物运动与水流耦合的同步测量系统,其特征在于,所述系统包含实验水槽
、
运动测量装置
、
水流测量装置
、
同步控制单元和分析装置;所述实验水槽用于根据解析实验需求获得的实验参数向柔性植物模型提供具有坡度的单向稳定均匀流;所述运动测量装置用于检测所述柔性植物模型在单向稳定均匀流作用下的三维运动及运动轨迹;所述水流测量装置用于捕捉所述实验水槽内预设区域的二维平面水流参数;所述同步控制单元分别与所述运动测量装置和所述水流测量装置相连,用于同步控制所述运动测量装置和所述水流测量装置的数据采集时间和频率;所述分析装置分别与所述同步控制单元
、
所述运动测量装置和所述水流测量装置相连,用于根据所述三维运动及运动轨迹和所述二维平面水流参数的时间相关性分析获得柔性植物运动与水流耦合特性
。2.
根据权利要求1所述的针对柔性植物运动与水流耦合的同步测量系统,其特征在于,所述实验水槽包含水槽
、
整流器
、
电磁流量计
、
坡度调整齿轮
、
离心泵驱动装置和电动尾门;所述整流器设置于所述实验水槽内,用于对所述离心泵驱动装置加速的水流稳定均匀处理生成稳定均匀流;所述电磁流量计设置于所述离心泵驱动装置的出水侧,用于检测所述离心泵驱动装置加速的水流的流量;所述坡度调整齿轮设置于所述柔性植物模型的支撑台面下,用于调节所述柔性植物模型所处明渠的固定坡度;所述离心泵驱动装置设置于所述实验水槽出口水箱下游,用于为上游进口水箱提供稳定流量的水流;所述电动尾门设置于所述实验水槽末端排水侧,用于通过控制水流排出以调整所述柔性植物模型布置实验段水位
。3.
根据权利要求2所述的针对柔性植物运动与水流耦合的同步测量系统,其特征在于,所述实验水槽还包含水位探针,所述水位探针用于检测所述柔性植物模型所处的水位深度
。4.
根据权利要求1所述的针对柔性植物运动与水流耦合的同步测量系统,其特征在于,所述运动测量装置包含定位架和至少两组拍摄模块;所述定位架活动安设于所述实验水槽的侧部和顶部;两组所述拍摄模块通过所述定位架固定,用于分别采集柔性植物模型的流向和垂向运动与流向和展向运动,根据所述流向和垂向运动与所述流向和展向运动通过校正获得所述柔性植物模型在单向稳定均匀流作用下的三维运动及运动轨迹
。5.
根据权利要求4所述的针对柔性植物运动与水流耦合的同步测量系统,其特征在于,所述水流测量装置为
PIV
粒子图像测速系统,所述
技术研发人员:何国建,付家豪,王健宇,黄磊,方红卫,
申请(专利权)人:清华大学,
类型:发明
国别省市:
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