實體模型表面流場圖像測試的高性能示蹤粒子及製作方法
2023-07-04 06:43:36
專利名稱：實體模型表面流場圖像測試的高性能示蹤粒子及製作方法
技術領域：
本發明涉及的是一種適用於實體模型表面流場圖像測試的高性能示蹤粒子及其製作方法，屬於流體力學技術領域。
背景技術：
由於圖像測試技術具有不幹擾流體形態和全場測試的優點，在大型實體模型表面流場中得到了廣泛的應用。但圖像測速技術是一種間接測量方法，其測量基礎是流動顯示，通過測量流體中的示蹤物質速度來獲取相應的流體質點的速度。為此，為了實現對實體模型表面流場的圖像測試，需要在水表面散播跟隨水流運動的示蹤粒子，那麼示蹤粒子的跟隨性能直接影響到測量精度。因此有必要對粒子的流體力學特性進行研究，目的是為了避免流體和粒子的運動之間存在嚴重的差異。
目前對河工模型實驗中示蹤粒子的跟隨性研究還不夠成熟。河工模型試驗中，由於測量區域大，攝像頭距水面較高，因受到解析度的限制，要求示蹤粒子佔據足夠的象素，因而粒子直徑不能太小，而且需漂浮在水流表面，由此帶來的示蹤粒子跟隨性問題將會嚴重影響河工模型流場的測量精度，尤其是對於多沙遊蕩性河流，不僅洪峰期短，洪峰流量大，而且河道含沙量高，河床衝淤變化迅速，在其模型試驗中，示蹤粒子為了滿足圖像處理的要求，示蹤粒子跟隨性受到了多種因素的影響，從而也直接影響到河工模型流場的測量精度。目前，河工模型中示蹤粒子具有以下缺點跟隨性能還達不到對突變流體測量的需要，在流體突變區域，示蹤粒子響應時間較長，不能及時地反映流體的突變；示蹤粒子漂浮在水面上，由於水的粘滯力影響，示蹤粒子易聚集流場中的某個區域；粒子吃水深度較大，易在模型淺水區擱淺。
發明內容
本發明的目的在於提出一種適用於實體模型表面流場圖像測試的高性能示蹤粒子，它可有效地減小示蹤粒子吃水深度，防止示蹤粒子在模型淺水區擱淺。
本發明的技術解決方案其特徵是該方法的步驟分一、採用ABS材料或PP材料與天然石膏混合調製成密度與實驗流體相近，即當流體密度大於1.03g/cm3時，採用ABS材料與天然石膏進行配合，其質量配比係數為mABSms=ABS(f-s)s(ABS-f)]]>式中的ρABS為ABS材料的密度，ρs為天然石膏的密度，ρf為流體密度，mABC為ABS材料的質量，ms為天然石膏的質量；當流體密度小或等於1.03g/cm3時，採用PP材料與天然石膏進行配合，其質量配比係數為mppms=pp(f-s)s(pp-f)]]>式中的ρpp為PP材料的密度，ρs為天然石膏的密度，ρf為流體密度。
Mpp為pp材料的質量，ms為天然石膏的質量；二、用模具壓制，混合調製的ABS材料或PP材料與天然石膏混合的材料注入模具(模具可採用數控工具機雕刻)內壓制，該模具的長軸寬度是短軸高度的三倍，使壓制而成的示蹤粒子呈橢圓流線形狀，示蹤粒子的長軸寬度是示蹤粒子短軸高度的3倍。
本發明的優點該示蹤粒子適合應用於模型沙為塑料和粉煤灰的動床實驗中，通過實驗表明該示蹤粒子具有水流跟隨性好，不易擱淺，不易聚集，與多沙河流實體模型中的模型沙對比度較大，易於攝像機獲取。提高了對實體模型表面流場的圖像測試的測量精度。
附圖1是高性能示蹤粒子的俯視結構示意圖。
附圖2是高性能示蹤粒子的側視結構示意圖。
圖中的a是示蹤粒子長軸寬度，b是示蹤粒子短軸高度，1是示蹤粒子。
具體實施例方式
實施例1，適用於實體模型表面流場圖像測試的高性能示蹤粒子的製作方法，河工模型實驗中，通過現場多次測量獲取流體的平均密度。採用ABS材料配合天然石膏調製成密度與實驗流體相近，流體密度大於1.03g/cm3，採用ABS材料與天然石膏進行配合，其質量配比係數為mABSms=ABS(f-s)s(ABS-f)]]>式中的ρABS為ABS材料的密度，ρs為天然石膏的密度，ρf為流體密度，mABC為ABS材料的質量，ms為天然石膏的質量；用模具壓制將ABS材料與天然石膏混合，然後採用攪拌機調製均勻，注入模具內壓制，該模具的長軸寬度是短軸高度的三倍，使壓制而成的示蹤粒子呈橢圓流線形狀，示蹤粒子1的長軸寬度是示蹤粒子短軸高度的3倍。
利用流線形設計示蹤粒子，提高了粒子的跟隨性，同時也保證了粒子具有較高的對比度；將長軸寬度a尺寸定為短軸高度b的3倍，增大了粒子表面積，有效地減小了粒子吃水深度，防止粒子在模型淺水區擱淺。
實施例2，適用於實體模型表面流場圖像測試的高性能示蹤粒子的製作方法，流體密度可直接從現場測出。採用PP材料配合天然石膏調製成密度與實驗流體相近，流體密度應小於或等於1.03g/cm3，用PP材料與天然石膏進行配合，其質量配比係數為mppms=pp(f-s)s(pp-f)]]>式中的ρpp為PP材料的密度，ρs為天然石膏的密度，ρf為流體密度。
Mpp為pp材料的質量，ms為天然石膏的質量；用模具壓制將PP材料與天然石膏混合，然後採用攪拌機調製均勻，注入模具內壓制，該模具的長軸寬度是短軸高度的三倍，使壓制而成的示蹤粒子呈橢圓流線形狀，示蹤粒子的長軸寬度是示蹤粒子短軸高度的3倍。
利用流線形設計示蹤粒子1，提高了粒子的跟隨性，同時也保證了粒子具有較高的對比度；將長軸a寬度定為短軸高度b的3倍，增大了粒子表面積，有效地減小了粒子吃水深度，防止粒子在模型淺水區擱淺。
權利要求
1.實體模型表面流場圖像測試的高性能示蹤粒子，其特徵是示蹤粒子呈橢圓流線形狀，示蹤粒子的長軸寬度是示蹤粒子短軸高度的3倍。
2.實體模型表面流場圖像測試的高性能示蹤粒子的製作方法，其特徵是其特徵是該方法的步驟分為，一、採用ABS材料或PP材料與天然石膏混合調製成密度與實驗流體相近，即當流體密度大於1.03g/cm3時，採用ABS材料與天然石膏進行配合，其質量配比係數為mABSms=ABS(f-s)s(ABS-f)]]>式中的ρABS為ABS材料的密度，ρs為天然石膏的密度，ρf為流體密度，mABC為ABS材料的質量，ms為天然石膏的質量；當流體密度小於或等於1.03g/cm3時，採用PP材料與天然石膏進行配合，其質量配比係數為mppms=pp(f-s)s(pp-f)]]>式中的ρpp為PP材料的密度，ρs為天然石膏的密度，ρf為流體密度。Mpp為pp材料的質量，ms為天然石膏的質量；二、用模具壓制，將ABS材料或PP材料與天然石膏混合，然後採用攪拌機調製均勻，注入模具內壓制，該模具的長軸寬度是短軸高度的3倍，使壓制而成的示蹤粒子呈橢圓流線形狀，示蹤粒子的長軸寬度是示蹤粒子短軸高度的3倍。
全文摘要
本發明是一種適用於實體模型表面流場圖像測試的高性能示蹤粒子及製作方法，示蹤粒子呈橢圓流線形狀，示蹤粒子的長軸寬度是示蹤粒子短軸高度的3倍。製作方法的步驟分為，採用ABS材料或PP材料與天然石膏混合調製成密度與實驗流體相近；用模具壓制，將ABS材料或PP材料與天然石膏混合，然後採用攪拌機調製均勻，注入模具內壓制而成，利用流線形設計，示蹤粒子長軸寬度為短軸高度的3倍。本發明的優點該示蹤粒子適合應用於模型沙為塑料和粉煤灰的動床實驗中，通過實驗表明該示蹤粒子具有水流跟隨性好，不易擱淺，不易聚集，與多沙河流實體模型中的模型沙對比度較大，易於攝像機獲取。提高了對實體模型表面流場的圖像測試的測量精度。
文檔編號G01M10/00GK101046427SQ200710021720
公開日2007年10月3日 申請日期2007年4月26日 優先權日2007年4月26日
發明者唐洪武, 陳紅, 陳誠, 唐立模 申請人:河海大學