PIV测试技术及其应用

粒子图像测速(PIV)是一种基于流场图像互相关分析的二维流场非接触式测试技术,在流场测量中占有非常重要的地位.首先介绍了PIV技术的测试原理及应用特点,阐述了其在船舶拖曳水池、柴油喷雾、气固多相流动及离心泵内部流场领域的应用状况,同时指出了PIV技术的未来发展方向.     

阀门角度对蝶阀后双弯管流场影响的数值模拟研究

本文采用计算流体力学（CFD）数值模拟的方法,研究了不同阀门角度下蝶阀后双弯管模型中的复杂流动现象,并将数值计算的速度云图同流场实验测量结果进行对比验证。分析结果表明：数值计算结果同粒子图像速度场测量技术得到的速度云图基本吻合;阀门角度对流场的影响较大,阀门角度越小,阀板迎背流面的流体扩张也越不明显,模型最大速度减小：阀板前驻点逐渐向阀板迎流面边侧移动,一次分离区减小,而二次分离区先增大后减小;弯管中流体质点二次流、流动分离及流动剪切膨胀等是影响流场的重要因素。     

激光粒子分析仪

PDPA-010型激光粒子分析仪是美国国家航空航天局和美空军科学技术研究所协助,由美国航空度量标准公司最近新研制成功的一种粒子测量分析仪。它应用拓扑多普勒原理,能同时测量粒子的速度和大小,能分析通过激光光束交叉点粒子(约12000个/秒)的大小、速度(1维、2维、3维都可以)、密度、流量以及到达的时间。测量粒子粒径:0.5     

基于小波域2DPCA特征提取算法的SAR图像识别

文章提出了一种利用二维离散小波变换与二维数主成分分析结合对SAR图像进行特征提取的新方法。该方法对SAR图像进行二层小波分解后提取低频子带图像的二维主成分分量作为目标的识别特征,利用支持向量机完成目标分类。采用MSTAR实测SAR目标数据集进行特征提取和分类实验,实验结果表明:该方法可以有效提高目标的正确识别率。     

楔形体入水砰击问题研究与流场结构演变的POD分析

为了研究结构物入水砰击现象,以楔形体为研究对象,进行垂直入水砰击试验,采用时间分辨的粒子图像测速技术(TR-PIV)对楔形体入水砰击流场进行了细致的测量,同时应用流体体积函数法(VOF)和重叠网格技术对这一物理现象进行了相应的数值计算,采用本征正交分解方法(POD)对TR-PIV测量的瞬态结果进行分解,提取流场中含能大尺度的主要流动结构,并依据低阶空间模态进行流场重构。结果表明:本试验装置具有良好的试验可重复性和精确性;楔形体宏观运动响应和TR-PIV测量结果与数值模拟结果吻合较好;POD分解得到的空间模态表明前4阶空间模态占总湍动能的81%,楔形体入水砰击过程中大尺度流动结构从楔形体壁面逐渐向堆积区域转移;低阶POD模态可以很好地重构流场,选择适当的POD模态进行流场重构可以有效去除TR-PIV流场测量结果中的噪声。     

河道二维数值模拟糙率横向分布研究

糙率是河道对水流阻力大小的描述。文中系统地总结了推求糙率的各种常用方法,分析了糙率沿河道横断面分布的非统一性。采用横断面各个垂线能坡相同的假定原理,利用谢才—曼宁公式,推导出了断面糙率再分配函数。通过点绘多条河流不同河型的不同断面形态的实测水文资料,建立了可应用于平面二维水流数值模拟中阻力沿河宽分布的经验公式,将得到的断面糙率再分配函数应用到对应的河段的平面二维流场数值计算中,计算结果与实测结果吻合良好,解决了计算流速与天然实测流速断面分布不一致的问题,提高了水流二维数值模拟的精度。     

通气超空泡内部流场PIV测试方法

研究通气超空泡内部流场的PIV测试方法。通过合理选择空心玻璃珠示踪粒子,利用流化床粒子布撒装置并合理设计通气管路解决了示踪粒子通入问题,采用二维PIV测试系统实现了水洞实验的通气空泡内部流场测试,获得了通气超空泡内部清晰的粒子影像,经数据处理得到了流场速度及涡量分布。实验表明采用PIV技术可实现对通气超空泡内部流场的测试,测试结果能够揭示流场的结构特征,可以为空泡流理论的深入研究提供实验依据,所给出的超空泡内部流场PIV测试实现方法可供其它相关研究借鉴和参考。     

小波变换在舰船边缘检测及尺寸测量中的应用

舰船边缘检测及尺寸测量在海洋舰船识别与探测中具有非常重要的作用,传统的监测与测量方法,存在测量精度低、适用范围窄等问题。针对这些问题本文提出一种基于小波变换的图像边缘提取方法,应用于舰船图像的尺寸测量中。利用光滑二次小波对舰船图像进行二维小波变换,计算局部极大值点,形成舰船图像边缘形状;在此基础上,构造一个边缘最小外接矩形,通过测量两点之间的距离得到舰船图像尺寸大小。实验证明,该方法与传统方法相比具有更好的效果。     

不同结构形式桩基在数值模拟中的概化方法研究

在理想数值水槽中,将风电桩基作为陆域边界直接模拟,计算桩基影响下的二维流场。对于结构复杂形式多样的桩基础,通过等效阻力法和等阻水面积法对桩基进行概化,并计算概化后桩基影响下的二维流场。计算结果表明这两种概化方案都可以有效逼近原桩基引起的水位、流速变化,且对风电桩基群的大范围流场的影响在可接受的误差范围内。通过对这两种概化方法的结果进行比较分析,表明在实际应用中需根据桩基的形式选取适合的概化方法。     

普通螺旋桨和大侧斜螺旋桨在两个特定流场中的脉动压力试验研究

本研究通过普通螺旋桨(无侧斜)和大侧斜螺旋桨在空泡水洞两个特定流场(对称非均匀流场和不对称非均匀流场)中诱导的脉动压力试验测量,探讨其不同的脉动压力特性和侧针的减振效果;介绍了为测量脉动压力而建立的传感器和数据采集处理系统。这一根据高速采集储存数据、慢速传送微机处理思想建立起来的Molti-Function系统,有别于通常采用的由高速处理机和磁带记录机组成的脉动压力数据采集处理系统,具有数据采样速度快,无信号失真等优点。本研究发现,大侧斜桨具有降低螺旋桨空化诱导的脉动压力幅值作用,但这一作用的大小与空化数和流场特徵有关;无论是普通桨还是大側斜桨,在不均匀流场中诱导的脉动压力均具如下特徵,即与一阶叶频谐调分量相比,在较大空化数情况,二阶以上叶频谐调分量明显丰富,而在较小空化数情况,则明显变小。本研究认为,在应用简化网格模拟得到的不均匀流场中进行螺旋桨脉动压力测量的比较试验,可克服模拟流场差异带来的测量结果误差,有助于提高实验室的脉动压力测试技术水平。     

长江感潮河段平面二维潮流数值模拟

基于正交曲线网格下的有限体积法,建立河口潮汐的水深平均二维模型,运用Simple算法求解河口潮汐的二维浅水方程。以长江下游江阴水道为计算实例,用"露滩冻结"动边界技术处理方法模拟江阴水道二维潮流场,较好地解决了边滩、浅滩边界随水位的变动问题。实例和验证结果表明:计算的潮位和潮流过程与实测过程吻合较好,计算的流场合理。对计算结果的前后可视化处理,采用AutoCAD的DXF数据接口生成流场和网格图,以便更好地进行直观分析。     

大连长兴岛北港区自然条件分析与泥沙淤积计算

文章对大连长兴岛北港区的自然条件进行了分析,并运用TK-2D软件建立了考虑波浪影响的平面二维潮流泥沙数学模型,对工程造成的流场变化和港区泥沙淤积进行了数值模拟计算。结果表明,总体规划方案实施后,码头泊位区流速减小,东西防波堤之间的内港池流速明显减小;内港池内涨潮存在环流现象。各部位泥沙年淤积强度在0.25 m以内;全港淤积量80万m3/a,全港平均淤强0.10 m/a,没有泥沙骤淤问题。经过比较,从潮流泥沙角度考虑,对比各规划方案以方案2为最佳。     

三维激光扫描测量技术在海港礁石区测量中的应用

三维激光扫描测量具有速度快、点位精度高、采集数据完整等特点,可用于传统测量方法不能测及的区域.重点介绍地面型三维激光扫描测量的工作原理和测量步骤,并结合工程实例就三维激光扫描测量与近景摄影测量的优缺点、测量精度等进行分析比较,可供同类工程参考.     

一种有限体积法三维港内粘性泥沙淤积模型研究

基于物理量守恒的有限体积法,建立了三维粘性泥沙运动及回淤数学模型。平面采用无结构三角形网格划分计算区域、拟合复杂海岸边界,垂向采用坐标变换技术,适应不平坦海底地形。以天津港港内泥沙回淤为例,模拟三维粘性泥沙的输运过程,得出了港内垂向分层潮流流场、垂向含沙量变化、淤积历程及淤积分布。结合实测地形资料对模型进行验证,为研究三维泥沙运动特性提供了一种新的方法。     

Numerical analysis on free surface waves and stern viscous flow of a ship model

This paper deals with numerical techniques for computing the viscous flow past a ship hull with and without a free surface using a Reynolds-averaged Navier-Stokes solver with global conservation. In the first technique, a coarse grid is used to find an approximate solution to the free surface problem. Interpolation of a fine grid is subsequently carried out, and a more exact solution, particularly in the boundary layer and wake, is obtained. In the second technique, a modified Baldwin-Lomax model is introduced to compute the viscous flow with and without a free surface. These numerical techniques are applied to simulations of the flow around a Series 60 and an SR196C ship model. The results are compared with measurement data, and the usefulness of the numerical techniques is demonstrated.     

串列螺旋桨水动力性能的数值预报

为了分析串列螺旋桨的水动力性能,本文运用计算流体动力学理论,结合雷诺时均 RANS方程和相对运动参考坐标系对其三维定常粘性流动进行数值模拟。应用 Fortran语言编制程序计算螺旋桨的型值点,并采用三次样条曲线拟合各点,建立串列桨三维模型。以某一串列螺旋桨作为研究对象,得到螺旋桨的推力系数、转矩系数以及流域内速度分布等水动力特性参数,并给出敞水性能曲线。计算结果与试验数据吻合较好,验证了数值方法的可行性和准确性。     

南黄海辐射沙脊群悬沙特征研究

为了探明南黄海海域悬沙场的特征,以指导港口建设,通过人工神经网络,将平面二维潮流数值模型、天气图和水文测验数据联系起来,构建了平面二维悬浮泥沙模型。首先运用人工神经网络求出实测含沙量与水动力之间的函数关系,再把潮流模型和风场计算值代入此关系式,最后求出该海域含沙量平面分布。模型的计算结果表明:波浪掀沙和水流输沙是整个海域宏观水动力特征;西洋潮流水道处于冲刷状态,有利于深槽的维持;含沙量等值线与等水深线形状大体一致。     

河道三维水流数值模型及应用

天然河道水流、泥沙运动在空间上属三维问题,故提出一种三维明渠水流数学模型,将该模型应用到黄河贵德水文站下游某河段,模拟的流速、水位与实测资料吻合较好;流量沿程分布结果表明模型具有良好的物理量守恒性;给出的流速垂向分布、紊动能量等参数亦是合理的,为河道三维水流结构分析提供了依据。     

洋山港及邻近海域悬沙输运特征研究*

基于SWEM2D数值模型,建立了一个范围包括洋山港、长江口及杭州湾的二维水流泥沙数学模型。根据2004年5月洋山港实测水文泥沙资料,认为洋山港区域悬沙垂向切变输运较小,可忽略该项对悬沙输运的影响,采用二维泥沙数学模型能基本反映出该区域悬沙输运特点。利用2004年5月洋山港及邻近海域实测水文泥沙资料对模型计算结果进行验证,验证结果表明模型计算结果与实际情况吻合良好。在此基础上,根据模型计算结果计算了洋山港及邻近海域大、中、小潮期间悬沙输运速度。结果表明,洋山港区域悬沙主要以欧拉输运为主,斯托克斯漂移、潮泵输运为辅。该区域西口门高含沙量主要是受到长江口及杭州湾悬沙输运富集的影响。其邻近海域主要的悬沙输运在近南汇边滩以东区域分成两股,一股向北,一股沿着南汇南岸的水下泥沙通道,径直流向杭州湾,并在杭州湾的悬沙输运的带动下,向洋山港流去。     

深槽水域垂向二维水沙运动数值模拟

采用网格堵塞技术实现实际地形的模拟,采用有限体积法离散方程,采用SIMPLER算法求解耦合的速度场和压力场,并建立了沿宽度积分的垂向二维水流泥沙数学模型。将计算结果和试验资料进行对比,结果吻合良好。