[发明专利]在风生流试验中通过PLIF测量系统测量污染物扩散的方法

说明书

本发明公开了一种在风生流试验中通过PLIF测量系统测量污染物扩散的方法，根据溶液浓度最大值进行标准溶液配比，按照n个浓度梯度进行溶液配比，将容器置于模型中的某个所述激光点位置，往容器中添加模型中的水，容器内的水面高度和模型水位线保持一致，此时浓度值为0，通过相机记录此时的光斑亮度；将标准浓度溶液装入容器中，放置于模型中任意一个激光点位置，通过相机记录此时的光斑亮度；绘制σ和μ的关系曲线，拟合获得标定曲线，根据标定曲线，可将任意测量点激光诱导发出的荧光灰度值还原成浓度值，插值生成浓度分布的等值线。本发明具备使用便捷，操作方便、实用性强等特点。

技术领域

本发明属于风生流试验技术领域，尤其涉及一种在风生流试验中通过PLIF测量系统测量污染物扩散的方法。

背景技术

风是引起湖泊水体混合的重要动力因素，风作用水面时，剧烈地扰动水面，其切应力将形成水面漂流或风生流，在持续作用下由于岸边界和底边界的制约，水体还将形成垂向环流和水平环流。在垂向上，风作用下的切应力在水体表层和上层形成了与风向一致的风生流，将造成迎风面岸边的水位抬高，水面出现逆向坡降；而在水体下层还将形成逆风向的水流，称为补偿流，同上层顺风向的水流获得水量平衡。因此，在风的作用下，湖泊内的风生流引起的环流系统复杂。垂向上，浅水湖泊中存在单一环流，而深水湖泊可能出现方向相反的双环流或多个环流；平面上，因地形变化情况不同可能会出现多个水平环流。

风生流流速量级低，观测十分困难。太湖风生流水流强度较弱，在无风情况下流速基本为零，风生流流速最大约为10~20cm/s，换算至模型流速仅有2~6cm/s。此外，测量仪器不能影响风场和流场。通常采用人工采样化验分析会干扰风场或流场，而且大范围模型工作量太大，不太现实；采用离子浓度传感器测量可实现批量测量，但试验条件苛刻，要求每个传感器实验前进行率定，而且测量工况下流速、水温、探头入水深度等与率定条件必须完全一致，此外测量精度受较多干扰离子影响，只适合实验室内少量样本测量。

现代光学仪器在水力学研究中的应用愈来愈广泛，由于光学仪器具有非接触式的特点，避免了传统测量设备所造成的本身对流场的扰动，精确性大大提高，光学仪器的连续场的同步测量，也是传统点式仪器所不具备的。

激光诱导荧光（LIF）技术是一种在气体、液体和固体测量中有着广泛应用的光学技术。根据应用需要，用激光面光源可以进行二维定量成像测量，（PLIF - Planar Laserinduced Fluorescence）为平面激光诱导荧光。LIF技术还可以和其它光学技术如PIV、瑞利散射、或发射光谱来共同使用测得更多的信息。

PLIF技术是在PIV技术的延伸，可在速度场测量的同时测量水体中浓度场、温度场的分布规律，具有非接触式同步测量的特点，同步获得的矢量和标量场数据为后续的深入分析和处理提供相关度较高的基础数据。PLIF技术主要用于研究环境水力学及水动力学的基础理论和工程应用，尤其是环境水力学机理性问题研究，如密度分层流、羽流等问题，传统水力学中的涡流场等非稳定流场的研究。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在风生流试验中通过PLIF测量系统测量污染物扩散的方法，旨在解决现有流速低、水深浅的大型浅水湖泊物理模型试验中污染物扩散测量不精确的问题。

本发明是这样实现的，一种在风生流试验中通过PLIF测量系统测量污染物扩散的方法，该PLIF测量系统设置在测试场中，包括连续激光器、三维振镜、CCD相机以及浓度场测量模块；所述测试场包括实验室大厅、位于该实验室大厅内模拟整个河流和湖泊的物理模型、位于该河流入湖口处的射流装置以及容器；所述连续激光器的水平出射激光经过三维振镜折射并在模型中的特定测量点位置形成激光点，CCD相机拍照采集该激光诱导下发出的绿色荧光光斑；

该方法包括以下步骤：

（1）荧光溶液从模型的支流通过射流装置流入湖泊，在河流入湖口处的溶液浓度为最大值σmax；