明渠时均流速分布公式对比及影响因素分析

本文分析比较了明渠时均流速分布的对数律和尾流律公式，需要3个特定参数的尾流律与由2个参数确定的对数律相比没有优越性。深入分析了将尾流律应用于边界层流动和明渠流动时存在的差别。讨论了理论床面和最大流速的位置，认为爱因斯坦和钱宁确定理论床面位置的方法是合适的。在大量试验的基础上，得出了最大流速相对位置a／h与宽探比B／h的关系式。     

三维粒子示踪测速技术的开发及初步应用

开发的单颗粒三维运动轨迹测量系统的硬件由四部摄像机、一台PC机和内置的图像卡组成。软件系统包括4路图像实时同步采集、图像二值化和聚合程序，坐标校正和转换，以及各统计参数的计算公式。系统标定的空间误差小于0.3mm，速度误差约为1.0mm/s。开发的颗粒三维运动测量系统在测量颗粒运动更长的轨迹、实现较高的采样频率和保证每个摄像机的高分辨率、只进行一次标定而进行各种水力坡度的试验及实现极大样本的采集等方面都取得了明显的进展，为研究颗粒运动的基本规律提供了新的方法。试验可以得出颗粒三维运动的瞬时速度，初步试验得出颗粒的纵向平均速度遵循对数分布，颗粒速度小于相应水流的运动速度。     

粒子轨迹跟踪模型在香溪河 试验中的应用

应用三维动力学模型ELcirc及粒子轨迹跟踪模型模拟2007年9～10月三峡库区支流香溪河的水流及水藻颗粒的输移。结果表明：长江干流水体倒灌入香溪库湾产生的回流使藻类颗粒向上游运动造成了水华爆发。此三维粒子轨迹跟踪模型可以较好地模拟水华过程，所得结论可供相关研究人员参考。     

流域三维虚拟仿真平台研究

流域三维仿真是流域数字化的重要组成部分,要开发基于流域的虚拟仿真平台,需要妥善解决海量信息的存储共享与多种功能模块间的集成问题。本文将平台集成开发划分为三维可视化、数学模型计算和数据库三个功能模块。以都江堰为例,讨论了平台开发的总体框架和系统数据库,重点探讨了三维可视化与数学模型计算及数据库之间信息集成和交互的关键技术。     

基于特征点匹配的室内表面流场快速测量系统

为提升室内模型试验表面流场测量的计算效率,建立了基于图像特征点匹配的模型试验表面流场快速测量系统。该系统由摄像机、示踪粒子和测速软件组成,试验中首先投掷示踪粒子并采集试验视频,然后导入测速软件进行图像预处理和基于图像特征点匹配算法的快速测流计算并实时展示瞬时流场,最终输出原型尺度的时均流场及流线图。该系统应用于堰坝水闸工程模型试验和泄洪洞射流模型试验,系统自动化程度高,计算效率高,应用场景适应性强;输出的流场具有高时空间分辨率,精度与PIV相当,可真实反映出试验工况下表面水流特性。     

高分辨率粒子示踪测速技术在光滑明渠紊流黏性底层测量中的应用

在光滑明渠紊动水流的研究中,黏性底层具有重要的作用,壁面剪切应力与涡量均源于此流区。由于充分发展明渠紊流的黏性底层的物理尺度在0.1 mm量级,常规方法难以实际测量该区内的速度分布。本文构建了测量黏性底层的高分辨率HR-PTV与测量全流区的普通PIV的耦合测量系统,对光滑明渠紊流黏性底层的流动特性进行了研究。HR-PTV系统采用阈值递增法、灰度截断、椭圆度与充实度指标等方法进行图像处理得到清晰的粒子图像;使用匹配几率法对粒子坐标进行匹配,计算粒子速度。得到了明渠紊流黏性底层(0.3 mm以内)的平均流速、紊动强度、偏态系数和峰度系数的垂线分布。从拟合的平均流速分布得出摩阻流速u*,结果与牛顿流体本构方程一致;黏性底层与全流区的时均流速、紊动强度和雷诺应力均能用拟合所得的u*合理无量纲化,并能光滑连接,表明由此得出的u*适用于全流区。将明渠紊流的各种分布与封闭槽道流DNS数据进行对比,验证了HR-PTV在黏性底层所得各阶速度矩的准确性。     

防汛数据库应用系统关键技术研究

对防汛数据库应用系统的关键技术进行了研究,包括数据库表结构设计、系统软件架构两方面.防汛数据库表结构设计遵循水利部标准,有利于数据共享,表结构包含数据字典表,便于应用系统对数据的调用.数据库应用系统采用了三层架构.在逻辑结构上将防汛业务过程进行清晰的划分,给水利信息系统维护和扩展带来很大便利.研究成果已应用于哈尔滨市防汛数据库应用系统开发,可作为水利信息系统中数据库和软件系统设计的参考.     

应用数字图象技术研究卵石的几何形态

通过数字图像处理技术，可以得到卵石的特征直径、扁平指标、三轴形状参数和圆度系数等几何参数，为研究河床卵石的几何形态提供了新手段。应用该技术对嘉陵江卵石形态的研究表明，卵石扁平指标沿程减小，球度系数沿程增大。根据c/b和b/a对卵石进行了分类，卵石在上游以盘形和棱形为主，在下游则以球形为主。研究成果有利于深入了解卵石推移质的运动机理。     

流场实时测量中示踪球性能的研究

在基于颗粒示踪和图像处理方法的流场实时测量中，示踪颗粒的性能对流速测量的精度影响很大。为此，设计了一种半球形带沿的颗粒，其淹没深度较小，可以适用于较浅的水流条件，并通过试验研究了其分散性和跟随性。从试验结果可以看出，这种颗粒在运动过程中基本不会聚积成团，其运动速度达到稳定的时间和水流流速大致成对数曲线关系。示踪球的稳定速度和碎纸屑基本一样，可以认为这种颗粒能代表当地水流的运动速度。     

基于纹理图像的流场动态可视化模拟研究

流场可视化模拟是流域虚拟仿真的重要组成部分,其新的方法层出不穷,但是推广到实际工程应用研究的力度不够。本文在研究基于纹理映射方法的基础上,首次将基于纹理的流场动态可视化方法IBFV(Image Based Flow Visualization)用于流域模拟可视化,研究了以颜色纹理表示流场属性值的时空分布,实现了其与三维虚拟仿真平台的集成,取得了较好的效果,为水利交叉学科的研究提供了新的思路。