[实用新型]一种实验用水流流速模拟及测量装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种流体模型试验技术领域，特别是一种实验用水流流速模拟及测量装置。

背景技术

流体力学是连续介质力学的一门分支，是研究流体现象以及相关力学行为的科学，而流体的速度场是流体力学中重要的研究方面。对从事水利方面研究者来说，速度场的精确测量是至关重要的。对于从事科研工作者，需要对水流流速进行模拟，再配合相关的流速测量装置对流速进行测量。现有的流速模拟装置通过调节水泵的泵水速度而形成不同流速的水流，这种水流流速模拟装置忽略了实际水流的漩流情况，会影响实验准确度。

现有的流速测量装置例如便携式流速仪、超声多普勒流速仪、激光多普勒测速仪等，都无可避免的具有是单点、接触式、非瞬时的缺点，很难获得精确的速度场。随着粒子图像测速（PIV）技术不断地发展和应用，已经由二维平面的流场测量发展到了三维空间的速度场测量。粒子图像测速由于能在非接触性的前提下，瞬时测量二维或三维的速度场，提供丰富的流场结构和流动特性，克服了传统的流速测量装置的缺点。但是，商用的PIV技术产品价格高昂，无法普及广大的科研工作者，而简易的PIV技术产品往往只能获得二维平面速度场，且测量不够精确。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种实验用水流流速模拟及测量装置，能够准确的模拟水流速度场，同时能够利用粒子图像测速技术进行流速测量，实验数据准确，成本低。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：一种实验用水流流速模拟及测量装置，包括水槽、安装在水槽内的多个整流栅以及水流调速装置，所述水流调速装置包括变频式螺旋桨和旋转叶片，所述旋转叶片安装在水槽内；

包括测速装置，所述测速装置包括激光发射器、凸透镜、平面镜、摄像机、同步控制器和计算机，所述激光发射器设置在试验区水槽一侧，在激光发射器与水槽之间设置有凸透镜，水槽内壁设置有平面镜，所述平面镜、凸透镜和激光发射器处于一条直线上，两台摄像机对称安装在试验区水槽的上方，摄像机通过同步控制器控制同时拍摄。

优选的方案中，所述水槽为回型水槽。

优选的方案中，还包括激光器支架，所述激光发射器安装在激光器支架的通孔内。

本实用新型提供的一种实验用水流流速模拟及测量装置，通过采用以上结构，能够准确的模拟水流速度场，同时能够利用粒子图像测速技术进行流速测量，实验数据准确，成本低。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明：

图1为本实用新型的整体结构示意图。

图2为本实用新型的激光发射路线图。

图3为本实用新型的数据处理流程图。

图中，水槽1，整流栅2，变频式螺旋桨3，旋转叶片4，激光发射器5，凸透镜6，平面镜7，摄像机8，同步控制器9，激光器支架10。

具体实施方式

如图1~2中，一种实验用水流流速模拟及测量装置，包括水槽1、安装在水槽1内的多个整流栅2以及水流调速装置，水流调速装置包括变频式螺旋桨3和旋转叶片4，所述旋转叶片4安装在水槽内；

包括测速装置，测速装置包括激光发射器5、凸透镜6、平面镜7、高速摄像机8、同步控制器9，激光器支架10设置在试验区水槽1一侧，四个激光发射器5安装在激光器支架10的通孔内。在激光发射器5与水槽1之间设置有凸透镜6，水槽1内壁设置有平面镜7，平面镜7与凸透镜6和激光发射器5处于一条直线上，两台摄像机8对称安装在试验区水槽1的上方，摄像机8通过同步控制器9控制同时拍摄。

实验时，通过变频式螺旋桨3带动旋转叶片4转动来制造水流，水流经过整流栅2，在整流栅2的作用下，使水流平顺进入水槽1的实验区，调整激光发射器5位置，打开四个激光发射器5，激光透过凸透镜6的散射形成片光源，片光源穿过水槽1打在置于水槽1内壁的平面镜7上，平面镜7产生折射至整个实验区。在实验区上方固定两个对称结构的高速摄像机6，两台摄像机6与拍摄区域形成一定倾角，用同步控制器7控制两台高速摄像机6同时拍摄，之后将拍摄的视频导入电脑中进行互相关分析。

电脑分析的过程如图3，高速摄像机8拍摄的视频格式，导入电脑中经过Virtual Dub软件转换为图片格式，然后将图片格式导入MATLAB 子数据库中的PIVlab中进行互相关分析，将分析的结果以ASCLL值的形式导出，便含有空间坐标X、Y、Z以及所对应的速度数据u、v、w，这样就实现了三维速度场测量的目的。