[发明专利]一种表层流场测量装置系统及测量方法

说明书

本发明公开了一种表层流场测量装置系统，包括水槽，在水槽的底部安装有感光板，在水槽上方安装有光源，所述光源与感应板均通过信号线与控制器连接，控制器内设有脉冲发生装置，所述感光板的表面划分成正交网格，并将每个网格接收到的光强信息通过信号线发送给控制器。本发明可以直接得到表面的多点的流场信息，从而快速得到表层整体的流场信息；而且该系统集成了测量部件，存储部件及显示部件，在测量的同时显示测量结果，提高了测量的效率。

技术领域

本发明涉及表层流场测量装置系统及测量方法，具体是属于一种用于河道、水槽等模型的表层流场测量装置系统。

背景技术

水利工程中，风生流场的规律研究、油污扩散研究等方面，对表层流场的分析十分重要。然而目前常用的流速仪如旋浆流速仪、声学多普勒测速仪(ADV)等在测量时一般需要深入到水下一定的距离，同时只能实现单点的测量，而光学多普勒测速仪(LDV)虽为非接触的测速仪，勉强可以测量表层的流速，但也只是单点流速的测量，同时，上述提到的测速仪也仅仅只是用于流速大小的测量，难以得到全面的流场信息。因此很难直接运用于表层流场的测定。工程中常用的方法是在水面上撒上一些碎纸屑，通过相机得到表层流场的分布，这样的做法仅仅只是对流场进行定性分析，难以有定量的结果。因此，迫切需要发明一种可以用于表层流场测量的装置系统，能过快速得到表层的流速大小分布及流场信息。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种表层流场测量装置系统及测量方法，能够用于河道、水槽模型等表层流场的快速测定，系统精度好，自动化程度高，减少了人力物力的投入。

技术方案：为实现上述目的，本发明的表层流场测量装置系统，包括水槽，在水槽的底部安装有感光板，在水槽上方安装有光源，所述光源与感应板均通过信号线与控制器连接，控制器内设有脉冲发生装置。

作为优选，所述感光板的表面划分成正交网格，并将每个网格接收到的光强信息通过信号线发送给控制器。

一种上述的表层流场测量装置系统的测量方法，包括以下步骤：

(1)在水槽底部安装有感光板，在感光板正上方安装有电源，感光板与电源分别与控制器连接；

(2)对系统进行校正，检查感光板的每个网格的感光性是否正常；

(3)实验时，打开系统的各个装置，在水流表面撒上碎纸屑；

(4)t1时刻，控制器控制脉冲发生装置发送两个时间间隔为Δt的脉冲信号，在第一个信号达到时，控制器记录从感光板传来的感光信息，在第二个信号达到时，再次记录感光板的感光信息；从而分析得到该时刻的流场信息：

单点流速大小公式：

单点流速方向：

式中：v为流速大小，Δt为脉冲时间间隔，i_t，j_t分别为x方向和y方向是第一个脉冲时刻的网格节点编号，i_t+1，j_t+1分别为x方向和y方向是第二个脉冲时刻的网格节点编号，Δl_x，Δl_y分别为x方向和y方向的网格尺度。

作为优选，所述步骤(3)中碎纸屑的数量为N表示感光板的网格总数。

作为优选，所述步骤(4)网格尺度及脉冲时间间隔固定时，且Δl_x＝Δl_y，则式(2)，式(3)简化为：

式中：c＝Δl²/Δt。