一種追蹤粒子與靜置構筑物間相互作用的試驗裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及一種多相流流場測試方法，尤其涉及一種觀察流場中行進的粒子 與靜置構筑物間相互作用的試驗裝置。
【背景技術】
[0002] 風沙運動是一個古老而年輕的流體力學研宄領域。近年來，粒子圖像測速技術 (Part icle Image Velocimetry，簡稱PIV)被引入風沙環境風洞進行風沙運動參數的研 宄。PIV是一種瞬態、多點、無接觸式的激光流體力學測速方法，可在同一時刻記錄下整個測 量平面的有關信息，從而可以獲得流動的瞬時速度場等。PIV可運用于測量風沙流中顆粒速 度分布、濃度分布、風沙地貌形成演化、防沙工程原理及應用等方面，該技術具有一定優勢， 克服了傳統空間單點測量技術的局限性。
[0003] 然而，風攜帶粒子運動軌跡的測試是一個非常復雜的問題，當風攜帶粒子前行過 程中撞擊到流場中靜置的構筑物后，粒子呈現出反彈、運移、爬行以及吸附等運動特征。對 于測試粒子撞擊構筑物的位置、撞擊瞬間的速度、角度，撞擊后的運動軌跡等，已有的PIV 技術存在局限性。例如，現有的PIV技術如下：
[0004] (1)國內學者中國科學院寒旱所錢廣強，董治寶，王洪濤等人（2006)在風洞試驗 中，利用PIV測量氣流速度，提出"粒子圖像測速（PIV)技術在風沙環境風洞中的應用"，發 表在"中國沙漠，2006, 26 (6) : 890-893. " ；
[0005] (2)國內學者浙江大學阮曉東等人（2005)開展了兩相流數字粒子圖像測速的方 法及其裝置，用高速CCD攝像機記錄示蹤粒子及分散相粒子的軌跡；
[0006] (3)國外學者美國紐約大學D. G.戈里爾等人（2011)開展全息視頻顯微術，用于諸 幀基礎上分析視頻流，按照自動、實時方式分析諸如球體的膠體粒子；
[0007] (4)國內學者中國航空工業集團公司沈陽飛機設計研宄所黎軍等人（2013)開展 了 PIV流場速度修正方法，修正PIV系統測量流場速度時，由于攝像機鏡頭畸變所產生的測 量誤差。
[0008] 上述現有技術主要是對已有PIV技術的不斷完善和改進，但都無法實現對多相流 流場中行進中的粒子與靜置構筑物間相互作用的測試。因為，現有的Piv技術在風洞中的 應用存在的問題如下：
[0009] (1)現有的PIV技術是通過測量粒子被風從地面吹起后，在風場中被啟動、挪移、 攜帶運行的運動軌跡，在經過預先設計的測量區域時測定的粒子瞬間運動速度。這種測試 更多限制在地表附近水平區域，對于垂直區域的測試存在一定的局限性。
[0010] (2)PIV技術可以測得粒子在某一時刻的水平速度分量U、垂直速度分量W、合速度 V等，但不適合用于反映風攜帶粒子與風場中靜置構筑物的相互作用。
[0011] 目前，對于風攜帶粒子在前進過程中與靜置構筑物的相互作用規律提出了迫切的 科研需求，可以為揭示構筑物侵蝕機理提供基礎理論和試驗依據。對流場中行進的粒子與 靜置構筑物間相互作用的測試，可以更準確描述構筑物的侵蝕區域和侵蝕機理。但已有的 PIV技術已經不能滿足實際需求。 【實用新型內容】
[0012] 為了克服現有的缺陷，本實用新型提出一種追蹤粒子與靜置構筑物間相互作用的 試驗裝置，該試驗裝置可以實現對多相流流場中沙粒子撞擊構筑物運動軌跡的圖像測試與 圖像分析，從而更準確揭示構筑物的侵蝕區域和侵蝕機理。
[0013] 本實用新型提出的試驗裝置，包括一側開口的風洞室、設置在所述風洞室頂面的 漏斗（6)、設置在所述風洞室內部的下表面上的路基模型（1)、高速攝影系統和與所述高速 攝影系統相連的計算機系統（7)，其特征在于，粒子通過所述漏斗（6)進入所述風洞室，所 述風洞室內提供風速可控的自然風場，所述風洞室一面透明，所述風洞室的透明側垂直于 所述開口側且平行于風向，所述路基模型（1)在所述風向上定位在所述漏斗（6)的下游側， 所述高速攝影系統包括外置高速攝像頭（2)和內置高速攝像頭（3)，所述外置高速攝像頭 (2)設置在所述透明側的外側且該外置高速攝像頭的中心線與所述路基模型的中心線位于 同一豎直平面，以用于拍攝粒子在所述風洞室內的軌跡，所述內置高速攝像頭（3)設置在 所述風洞室的內部底部以用于拍攝粒子撞擊所述路基模型（1)的過程，所述高速攝影系統 拍攝的圖片傳送并保存在所述計算機系統（7)中，以便通過所述計算機系統分析粒子與構 筑物的相互作用。
[0014] 通過本試驗裝置，可以進行"風攜沙粒子測試、風吹雪粒子測試、風驅雨滴粒子測 試"等試驗，本試驗裝置，設計簡單、方便操作、成本低廉，可以在風洞測試試驗中大范圍推 廣應用。
【附圖說明】
[0015] 圖1是試驗裝置示意圖；
[0016] 圖2是燈箱及其細部構造；
[0017] 圖3是路基在黑色PVC植絨坐標格紙上的投影示意圖；
[0018] 圖4是風攜沙粒子經過路基的不同軌跡的示意圖。
【具體實施方式】
[0019] 下面結合附圖和具體實施例對本實用新型提供的一種追蹤粒子與靜置構筑物間 相互作用的試驗裝置進行詳細描述。
[0020] 在這里做以說明的是，為了使實施例更加詳盡，下面的實施例為最佳、優選實施 例，對于一些公知技術本領域技術人員也可采用其他替代方式而進行實施；而且附圖部分 僅是為了更具體的描述實施例，而并不旨在對本實用新型進行具體的限定；同時，為了解釋 的明確性，闡述了特定的數目、配置和順序，但是很明顯，在沒有這些特定細節的情況下，也 可以實施本實用新型。
[0021] 如圖1所示，圖1提供了追蹤粒子與靜置構筑物間相互作用的試驗裝置，包括一側 開口的風洞室、設置在風洞室頂面的漏斗6、設置在風洞室內部的下表面上的路基模型1、 高速攝影