[发明专利]一种基于PIV技术追踪测量粒子轨迹和涡流强度的装置

权利要求书

1.一种基于PIV技术追踪测量粒子轨迹和涡流强度的装置，其特征在于：它包括固定模板（1）以及透明实验水槽（9），在固定模板（1）上设置有激光器（3），在激光器（3）的激光发射端至透明实验水槽（9）之间依次设置柱透镜（5）、角度调节器（8），在透明实验水槽（9）上设置有摄像机（10）以及第二电动机（13），在第二电动机（13）的转轴端设置有叶片（11）；

采用所述装置测量涡流运动情况时，采取以下步骤：

1）在固定模板（1）上安装激光器（3）；

2）将柱透镜（5）和第一电动机（6）连接好之后，调节好柱透镜与电动机之间的距离；

3）将片光源的角度调节器（8）与柱透镜（5）之间的距离调节好；

4）在透明实验水槽（9）底部贴上防水的坐标网格纸，用纯净水将透明的实验水槽（9）洗干净；

5）将第二电动机（13）与实验玻璃水槽组装好之后，在第二电动机（13）的转轴上安装叶片（11）；

6）固定死实验水槽，调节左侧的激光组合装置，将激光组合装置和实验水槽间的距离调到最佳；

7）往实验水槽中加水；

8）打开所有电动机和激光装置，调好摄像机试运行一段时间，待水面规律性涡流后，将粒子放入；

9）所有系统试运行一段时间后，将摄像机垂直安装在涡流区域的上部，完成后打开摄像机将拍摄区域对准；

10）在趋于稳定状态后，将水槽上的电动机关闭，此时将空心的玻璃珠粒子投入到涡流区域中；

11）得到粒子的速度，通过坐标网格上的位移和摄像机的帧率计算出粒子的速度，在涡流中的一小部分中，基于拉格朗日坐标下分析XOY坐标平面，在XOY平面上的合速度为：；

12）对于YOZ平面利用散射出的片光源间的距离来推算，在YOZ平面上的合速度为：；

13）则粒子的三维空间上的速度为：V，u是代表x轴方向的速度，v代表y轴方向的速度，w代表z轴方向的速度。

2.根据权利要求1所述的基于PIV技术追踪测量粒子轨迹和涡流强度的装置，其特征在于：所述柱透镜（5）通过调节机构设置在固定模板（1）上。

3.根据权利要求2所述的基于PIV技术追踪测量粒子轨迹和涡流强度的装置，其特征在于：所述调节机构包括相互平行的限位板（12）以及第二电动机（13），第二电动机（13）的驱动轴与限位板（12）连接。

4.根据权利要求1所述的基于PIV技术追踪测量粒子轨迹和涡流强度的装置，其特征在于：所述激光器（3）的激光发射端与柱透镜（5）之间设置有激光加强器（4）。

5.根据权利要求1至4其中之一所述的基于PIV技术追踪测量粒子轨迹和涡流强度的装置，其特征在于：所述激光器（3）通过激光固定器（2）与固定模板（1）连接。

6.根据权利要求1所述一种基于PIV技术追踪测量粒子轨迹和涡流强度的装置，其特征在于，在步骤1）中，首先在固定模板（1）上装上激光固定器（2）和激光加强器（4），再将激光器（3）放入激光固定器（2）的固定套中并调节好激光器（3）和激光加强器（4）。

7.根据权利要求6所述一种基于PIV技术追踪测量粒子轨迹和涡流强度的装置，其特征在于，在步骤7）中，往实验水槽中加入不含矿物质的纯净水，加至实验水槽的六分之三至六分之五之间停止。