[发明专利]一种水面微速流场的测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种水面流场速度测试方法，尤其涉及一种应用于流体力学实验室中，基于光学粒子图像互相关分析方法的水面微速流场的测试方法。

背景技术

    水面流场的测量技术是开展水中航行器尾迹研究的一项关键测试技术，目前，常规的流场测试仪器有LDV（激光多普勒测速仪)、ADV（声学多普勒测速仪）、PIV（粒子图像测速法），热膜仪、毕托管等，但是这些测试技术均只能用于水中流场的测量，而对于自由面处的水面流场，目前尚未存在有效的测量手段。

发明内容

本申请人针对上述现有问题，进行了测试研究，提供一种简单有效的水面微速流场的测试方法，具有测试成本低，测试效果好的优点。

本发明所采用的技术方案如下：

 一种水面微速流场的测试方法，其特征在于包括以下步骤：

第一步：于分层流试验水池的上方布置拍摄工具，用于拍摄水面上示踪粒子运动失量图像，调整拍摄工具与试验水池水面之间的距离以获得满足测试需求的拍摄区域大小；

第二步： 于分层流试验水池的水面上均布所述示踪粒子；

第三步：位于所述分层流试验水池两侧布置照明光源，照明光源斜向下延伸并照亮水面及示踪粒子；

第四步：于所述试验水池的水下拖曳试验模型，利用拍摄工具按时间先后拍摄得出由拖曳试验模型在水下扰动传递至水面形成流场的多幅处于不同时刻的水面粒子图像。

第五步：采用互相关分析法对上述第四步得出的水面粒子图像处理，得出粒子运动矢量图像中的平均粒子位移值                                               ，并通过粒子运动矢量图像的拍摄时间间隔，得出所述示踪粒子移动距离获得的速度矢量，计算公式为：

         其进一步技术方案在于

    所述示踪粒子采用浮于水面的花粉或空心玻璃球；

    所述示踪粒子的粒径为数十um量级；

    所述照明光源为卤素灯或节能灯；

    所述示踪粒子的布置范围与拍摄工具布置的拍摄区域成正比。

本发明的有益效果如下：

本发明方法简单有效，应用灵活性高，利用光源照亮示踪粒子，与CCD光圈配合，从而拍摄得出由拖曳模型激发内波传递至水面形成的“V”字形幅聚幅散流场，利用上述原理跟随流场运动的示踪粒子的速度来实现流场速度测量，并通过互相关分析，实现mm/s量级水面流场的非接触，无干扰的“面式”测量。

附图说明

图1为本发明实施方式的结构示意图。

图2为本发明在第一时刻的水面流场矢量。

图3为本发明在第二时刻的水面流场矢量。

图4为通过本发明测试方法得出的水面流场矢量图。

图5为通过本发明测试方法并利用软件绘制得出的水面流场的流线图。

具体实施方式

下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。

一种水面微速流场的测试方法，其特征在于包括以下步骤：

第一步：如图1所示，在分层流试验水池3的上方布置拍摄工具1，拍摄工具1为CCD相机，用于拍摄水面示踪粒子的运动失量图像，CCD相机的分辨率为1600pixels×1200pixels，焦距为24mm，拍摄频率1hz～34hz,CCD相机与分层流试验水池水面之间的距离为3m，调整CCD相机距水面的高度使拍摄区域覆盖分层流试验水池池壁一边至整个拖曳模型，拍摄范围为1057mm×792mm。

第二步：在分层流试验水池3的水面上均匀喷洒示踪粒子5，示踪粒子5采用不破壁松花粉，示踪粒子5的布置范围与拍摄工具1的拍摄范围成正比，示踪粒子5的粒径为数十um量级，每平方米喷洒20g～30 g，试验过程中若由于水面流动的原因使示踪粒子便宜试验区域的现象，需要及时补充示踪粒子。

第三步：位于分层流试验水池3的前后两侧布置照明光源2，照明光源2为卤素灯或节能灯，照明光源2斜向下延伸并照亮水面及示踪粒子。调整CCD相机的光圈，使相机内的图像亮度适中，可以分辨示踪粒子5的轮廓，在不出现过渡曝光的情况下调整CCD相机焦距，聚焦水面粒子。