[发明专利]一种柱体绕流粒子图像测速实验装置及测量方法

权利要求书

1.一种柱体绕流粒子图像测速实验装置，其特征在于，

包括柱体、支撑平台、旋转平台、反射光学系统；

所述支撑平台设在所述柱体上方；

所述旋转平台重叠设在所述支撑平台上方；

所述反射光学系统设在所述柱体内底部。

2.根据权利要求1所述的柱体绕流粒子图像测速实验装置，其特征在于，

所述柱体为透明空心结构。

3.根据权利要求2所述的柱体绕流粒子图像测速实验装置，其特征在于，

所述支撑平台中部设有圆孔；

所述支撑平台通过支架与水槽或试验平台连接。

4.根据权利要求3所述的柱体绕流粒子图像测速实验装置，其特征在于，

所述旋转平台为圆环结构，所述圆环的中心与所述支撑平台的圆孔的中心竖直对齐。

5.根据权利要求4所述的柱体绕流粒子图像测速实验装置，其特征在于，

所述反射光学系统包括反射镜、反射镜架和伸缩杆；

所述反射镜设在所述反射镜架的倾斜面；

所述伸缩杆的第一端连接所述反射镜架的背面；

所述伸缩杆的第二端连接所述支撑平台的底部。

6.根据权利要求1-5任意一项中所述的柱体绕流粒子图像测速实验装置，其特征在于，

所述实验装置还包括导光系统，所述导光系统设在所述柱体的一侧；

所述导光系统包括第一水平滑杆、第二水平滑杆、第一竖直伸缩杆、第二竖直伸缩杆、第一环形导轨、第二环形导轨和透光片；

所述第一水平滑杆的第一端和所述第二水平滑杆的第一端与所述旋转平台水平连接；

所述第一竖直伸缩杆的第一端与所述第一水平滑杆的第二端垂直连接，所述第二竖直伸缩杆的第一端与所述第二水平滑杆的第二端垂直连接；

所述第一竖直伸缩杆的第二端与所述第一环形导轨的第一端连接，所述第二竖直伸缩杆的第二端与所述第二环形导轨的第一端连接；

所述第一环形导轨的第二端与所述透光片的第一端连接，所述第二环形导轨的第二端与所述透光片的第二端连接。

7.一种柱体绕流粒子图像测速的测量方法，其特征在于包括如下步骤，

步骤1)在铺沙前将实验装置固定在水槽的底板；

步骤2)将激光系统竖直向下安装在旋转平台上；

步骤3)将相机水平安装在水槽的侧壁外侧；

步骤4)当激光系统的激光片光沿柱体的母线方向传播至反射光学系统的反射面，被反射后垂直于所述柱体的侧壁进入水体照亮测量垂面，成像光线经水槽的侧壁到达所述相机的感光面时，使用所述相机连续拍摄；

步骤5)经粒子图像测速计算后获得坑外测量垂面内的流场。

8.一种柱体绕流粒子图像测速的测量方法，其特征在于包括如下步骤，

步骤1)在铺沙前将所述实验的装置固定在水槽的底板；

步骤2)将导光系统设在柱体外侧水面；

步骤3)将相机竖直向下安装在旋转平台上，使镜头光轴与旋转平台的中心及反射光学系统的反射面中心竖直对齐；

步骤4)调整导光系统，使透光片半潜入水面；

步骤5)将激光系统竖直向下安装在水面上方，使激光片光经透光片竖直向下进入水体，照亮冲刷坑内的测量垂面；

步骤6)当测量垂面散射的成像光线通过柱体的侧壁到达反射光学系统的反射面，散射的成像光被反射后沿柱体母线方向进入相机感光面时，相机连续拍摄图片；

步骤7)经粒子图像测速计算后获得冲刷坑内测量垂面的二维流场。

9.一种柱体绕流粒子图像测速的测量方法，其特征在于包含如下步骤，

步骤1)将透光片竖直中轴所在的垂线定义为测线；

步骤2)在每个测线处，分别将透光片置于环状导轨上两个不同位置，使测线先后被两个不同的测量垂面覆盖；

步骤3)分别测得每个测量垂面的二维平均流场，然后提取出每个垂面内测线上的二维平均流速分布，按立体投影原理重构出三维平均流速分布；

步骤4)转动旋转平台和调整竖直伸缩杆在水平滑杆上的位置改变测线；

步骤5)重复上述步骤，得到柱体周围冲刷坑内的三维时均流场。