[发明专利]泥石流示踪粒、内部流速实验系统、内部流场测算方法

说明书

本发明公开泥石流示踪粒、内部流速实验系统、内部流场测算方法。泥石流示踪粒用于投放入泥石流体中捕捉泥石流运动信息，产品包括进行密封防水封装为一体的支撑件组、电子组件、配重组件，电子组件包括电路板及其上集成的电池、六轴传感器、数据存储通信组件。示踪粒能够有效模拟泥石流不同的颗粒级配特征，构成对泥石流组成颗粒在不同空间位置中的全方位模拟，提供研究泥石流内部流速特征的基础数据。泥石流内部流速实验系统，包括实验水槽与其上方的示踪粒投放装置。实验系统能够模拟泥石流不同运动状态，采集丰富的颗粒运动参数。泥石流内部流场测算方法，能够获得泥石流内部流场动态模拟模型，测算泥石流内部流场，描述颗粒分布特征。

技术领域

本发明涉及一种泥石流示踪粒、利用其实现的泥石流内部流速实验系统，以及泥石流内部流场测算方法，属于流体运动特征测量装置领域、泥石流灾害监测防治技术领域。

背景技术

泥石流是一种特殊流体。在其相关研究试验中，泥石流流速的分布和计算是泥石流运动力学研究的核心问题之一，泥石流流场也是各类泥石流防治工程设计中的核心参数。作为一种复杂的多相非牛顿体，无论是在野外原型观测条件下还是室内实验条件下，泥石流流场的测量与模拟，特别是精度测量，都存在较多困难。再加之泥石流运动时产生的强破坏力，使得泥石流流场的测量愈加困难。申请人的专利ZL2014106174632解决了包括泥石流在内的各类流体表面流场的精确测量问题，但是泥石流内部流场的模拟与测算尚未解决。

现有技术《旋流器分选过程示踪球设计及颗粒轨迹数值模拟研究》(桑凯，2015.06)公开了一种基于加速度积分建立三相流体轨迹模型的方法，该方法对加速度数据进行二次积分求得运动位移，具体是首先把信号分解为多个不同频率部分，通过傅里叶变换将任一频率的时域加速度信号转换为频域信号，再将变换结果进行频域积分，最后利用傅里叶逆变换得到积分后的位移数据。该方法的缺陷在于，其一、方法在滤波基础上采用傅里叶变换和逆变换是一种整体变换，只能反映整个时间范围内的频率特性，缺乏时间和频率的定位功能，无法获知某一频率对应的时间信息，即无法实现时间与颗粒位移的一一对应。此外，该方法中未将示踪球数据进行坐标变换到同一坐标系，无法观察流场中示踪粒的整体运动情况。其二、该方法采用频域滤波，尽管具有对于不规则的噪声值平滑效果好，以及运算时间较快(相对于时域滤波卷积运算而言)优点，但频域滤波的傅里叶变换与逆变换运算开销较大，并且在锐化和边缘提取方面效果不理想。

发明内容

本发明的目的就是针对提供一种测算泥石流内部流场的方案。

为实现上述目的，本发明首先提供一种泥石流示踪粒，其技术方案如下：

一种泥石流示踪粒，用于投放入泥石流体中捕捉泥石流运动信息；其特征在于：包括进行密封防水封装为一体的支撑件组、电子组件、配重组件，所述电子组件包括电路板及其上集成的电池、六轴传感器、数据存储通信组件。

上述泥石流示踪粒中，六轴传感器集成三轴陀螺仪与三轴加速度计，能够采集示踪粒在泥石流体中的加速度与角速度数据，提供了坐标系统转换的数据基础。通过支撑组件、与配重组件规格、材料等元素的选取，可以调节示踪粒粒径、密度，有效模拟泥石流不同的颗粒级配特征，从而构成对泥石流组成颗粒在不同空间位置中的全方位模拟。

本发明进一步提供一种利用泥石流示踪粒实现的泥石流内部流速实验系统，其技术方案如下：

利用上述的泥石流示踪粒实现的泥石流内部流速实验系统，其特征在于：包括实验水槽、实验水槽上方是用于投放泥石流示踪粒的示踪粒投放装置。