[发明专利]泥沙颗粒沉积模拟试验装置和方法

权利要求书

1.一种泥沙颗粒沉积模拟试验装置，其特征在于，包括：试验水槽、动力装置以及测量装置；

所述试验水槽中设置有两块玻璃板以及位于两块所述玻璃板之间的若干吸水珠及示踪粒子；所述玻璃板与所述试验水槽的底部始终接触，并且所述玻璃板长度等于所述试验水槽的宽度；

所述动力装置连接两块所述玻璃板，可带动两块所述玻璃板同步摆动，两块所述玻璃板在摆动过程中始终相互平行；

所述测量装置包括：

激光粒子成像装置，用于获取所述吸水珠及示踪粒子的位移图像；

PC机，连接所述激光粒子成像装置，接收所述位移图像，并根据所述位移图像计算所述吸水珠缝隙的水速度场及所述吸水珠的位移场；

其中，所述激光粒子成像装置包括：激光器、光学转换装置以及高速相机；

所述光学转换装置设置于所述激光器与所述试验水槽之间，用于将所述激光束转换成片光，以照射所述吸水珠和所述示踪粒子；

所述光学转换装置包括：沿光路方向依次设置的纵向短焦凹透镜、横向凹透镜、折射镜、纵向长焦凹透镜以及三角透镜；

所述纵向短焦凹透镜用于对激光光束纵向聚焦；

所述横向凹透镜用于对纵向聚焦之后的激光光束进行横向聚焦；

所述折射镜用于将横向聚焦之后的激光光束折射至所述纵向长焦凹透镜；

所述纵向长焦凹透镜用于对折射之后的激光光束进行纵向聚焦；

所述三角透镜用于对纵向聚焦之后的激光光束进行扩散，得到所述片光。

2.根据权利要求1所述泥沙颗粒沉积模拟试验装置，其特征在于，

所述激光器设置于所述试验水槽的上方，用于向所述试验水槽发射激光束；

所述高速相机位于试验水槽的正面或背面，用于拍摄所述位移图像，所述高速相机连接所述PC机。

3.根据权利要求2所述泥沙颗粒沉积模拟试验装置，其特征在于，所述高速相机的镜头上设有滤镜。

4.根据权利要求1所述泥沙颗粒沉积模拟试验装置，其特征在于，所述动力装置包括：驱动装置以及与其连接的两个连接轴，每一所述连接轴分别连接其中一个所述玻璃板。

5.根据权利要求4所述泥沙颗粒沉积模拟试验装置，其特征在于，所述驱动装置包括：两个驱动齿轮、一个电动齿轮、一个手动齿轮以及内外侧均带齿的传送带；

所述电动齿轮连接电源线，所述电动齿轮和所述手动齿轮中的一者带动所述传送带传动；

两个所述驱动齿轮分别连接其中一个所述连接轴，并与所述传送带的齿相啮合以驱动所述连接轴，带动所述玻璃板摆动。

6.根据权利要求4所述泥沙颗粒沉积模拟试验装置，其特征在于，所述试验水槽的底部设置有孔，所述连接轴穿过所述孔之后与对应的所述玻璃板连接，所述孔与所述连接轴的连接部位采用硅胶密封。

7.根据权利要求1所述泥沙颗粒沉积模拟试验装置，其特征在于，还包括：钢丝绳，用于悬挂所述试验水槽以及所述激光粒子成像装置。

8.根据权利要求7所述泥沙颗粒沉积模拟试验装置，其特征在于，还包括：固定支架，所述固定支架固定在所述钢丝绳上；

所述固定支架用于固定所述光学转换装置、所述激光器以及所述高速相机。

9.根据权利要求1所述泥沙颗粒沉积模拟试验装置，其特征在于，所述试验水槽的侧面设置入水口及溢水口，所述试验水槽底面设置出水口；其中，入水口设置在所述试验水槽侧面的顶部。

10.一种泥沙颗粒沉积模拟试验方法，采用根据权利要求1-8任一项所述的泥沙颗粒沉积模拟试验装置，其特征在于，包括：

将不同粒径的吸水珠在水中浸泡设定时间，使其充分吸水膨胀；

将示踪粒子及浸泡后的所述吸水珠按预定比例置于试验水槽中两块平行的玻璃板之间；

将所述试验水槽中注入清水，使水面至少淹没所述吸水珠顶部；

通过动力装置带动两块所述玻璃板同步摆动；

通过激光器产生激光束；

光学转换装置将所述激光束转换成片光后照射所述吸水珠及所述示踪粒子；

采用高速相机于所述试验水槽前或后侧按预定拍摄频率拍摄所述吸水珠及所述示踪粒子的位移图像，并传输至PC机；

PC机利用图像处理技术，对接收的所述位移图像进行互相关分析，计算所述吸水珠缝隙的水速度场及所述吸水珠的位移场。