专利名称：实体模型表面流场图像测试的高性能示踪粒子及制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种适用于实体模型表面流场图像测试的高性能示踪粒子及其制作方法，属于流体力学技术领域。
背景技术：
由于图像测试技术具有不干扰流体形态和全场测试的优点，在大型实体模型表面流场中得到了广泛的应用。但图像测速技术是一种间接测量方法，其测量基础是流动显示，通过测量流体中的示踪物质速度来获取相应的流体质点的速度。为此，为了实现对实体模型表面流场的图像测试，需要在水表面散播跟随水流运动的示踪粒子，那么示踪粒子的跟随性能直接影响到测量精度。因此有必要对粒子的流体力学特性进行研究，目的是为了避免流体和粒子的运动之间存在严重的差异。
目前对河工模型实验中示踪粒子的跟随性研究还不够成熟。河工模型试验中，由于测量区域大，摄像头距水面较高，因受到分辨率的限制，要求示踪粒子占据足够的象素，因而粒子直径不能太小，而且需漂浮在水流表面，由此带来的示踪粒子跟随性问题将会严重影响河工模型流场的测量精度，尤其是对于多沙游荡性河流，不仅洪峰期短，洪峰流量大，而且河道含沙量高，河床冲淤变化迅速，在其模型试验中，示踪粒子为了满足图像处理的要求，示踪粒子跟随性受到了多种因素的影响，从而也直接影响到河工模型流场的测量精度。目前，河工模型中示踪粒子具有以下缺点跟随性能还达不到对突变流体测量的需要，在流体突变区域，示踪粒子响应时间较长，不能及时地反映流体的突变；示踪粒子漂浮在水面上，由于水的粘滞力影响，示踪粒子易聚集流场中的某个区域；粒子吃水深度较大，易在模型浅水区搁浅。
发明内容
本发明的目的在于提出一种适用于实体模型表面流场图像测试的高性能示踪粒子，它可有效地减小示踪粒子吃水深度，防止示踪粒子在模型浅水区搁浅。
本发明的技术解决方案其特征是该方法的步骤分一、采用ABS材料或PP材料与天然石膏混合调制成密度与实验流体相近，即当流体密度大于1.03g/cm3时，采用ABS材料与天然石膏进行配合，其质量配比系数为mABSms=ρABS(ρf-ρs)ρs(ρABS-ρf)]]>式中的ρABS为ABS材料的密度，ρs为天然石膏的密度，ρf为流体密度，mABC为ABS材料的质量，ms为天然石膏的质量；当流体密度小或等于1.03g/cm3时，采用PP材料与天然石膏进行配合，其质量配比系数为mppms=ρpp(ρf-ρs)ρs(ρpp-ρf)]]>式中的ρpp为PP材料的密度，ρs为天然石膏的密度，ρf为流体密度。
Mpp为pp材料的质量，ms为天然石膏的质量；二、用模具压制，混合调制的ABS材料或PP材料与天然石膏混合的材料注入模具(模具可采用数控机床雕刻)内压制，该模具的长轴宽度是短轴高度的三倍，使压制而成的示踪粒子呈椭圆流线形状，示踪粒子的长轴宽度是示踪粒子短轴高度的3倍。
本发明的优点该示踪粒子适合应用于模型沙为塑料和粉煤灰的动床实验中，通过实验表明该示踪粒子具有水流跟随性好，不易搁浅，不易聚集，与多沙河流实体模型中的模型沙对比度较大，易于摄像机获取。提高了对实体模型表面流场的图像测试的测量精度。
附图1是高性能示踪粒子的俯视结构示意图。
附图2是高性能示踪粒子的侧视结构示意图。
图中的a是示踪粒子长轴宽度，b是示踪粒子短轴高度，1是示踪粒子。
具体实施例方式
实施例1，适用于实体模型表面流场图像测试的高性能示踪粒子的制作方法，河工模型实验中，通过现场多次测量获取流体的平均密度。采用ABS材料配合天然石膏调制成密度与实验流体相近，流体密度大于1.03g/cm3，采用ABS材料与天然石膏进行配合，其质量配比系数为mABSms=ρABS(ρf-ρs)ρs(ρABS-ρf)]]>式中的ρABS为ABS材料的密度，ρs为天然石膏的密度，ρf为流体密度，mABC为ABS材料的质量，ms为天然石膏的质量；用模具压制将ABS材料与天然石膏混合，然后采用搅拌机调制均匀，注入模具内压制，该模具的长轴宽度是短轴高度的三倍，使压制而成的示踪粒子呈椭圆流线形状，示踪粒子1的长轴宽度是示踪粒子短轴高度的3倍。
利用流线形设计示踪粒子，提高了粒子的跟随性，同时也保证了粒子具有较高的对比度；将长轴宽度a尺寸定为短轴高度b的3倍，增大了粒子表面积，有效地减小了粒子吃水深度，防止粒子在模型浅水区搁浅。
实施例2，适用于实体模型表面流场图像测试的高性能示踪粒子的制作方法，流体密度可直接从现场测出。采用PP材料配合天然石膏调制成密度与实验流体相近，流体密度应小于或等于1.03g/cm3，用PP材料与天然石膏进行配合，其质量配比系数为mppms=ρpp(ρf-ρs)ρs(ρpp-ρf)]]>式中的ρpp为PP材料的密度，ρs为天然石膏的密度，ρf为流体密度。
Mpp为pp材料的质量，ms为天然石膏的质量；用模具压制将PP材料与天然石膏混合，然后采用搅拌机调制均匀，注入模具内压制，该模具的长轴宽度是短轴高度的三倍，使压制而成的示踪粒子呈椭圆流线形状，示踪粒子的长轴宽度是示踪粒子短轴高度的3倍。
利用流线形设计示踪粒子1，提高了粒子的跟随性，同时也保证了粒子具有较高的对比度；将长轴a宽度定为短轴高度b的3倍，增大了粒子表面积，有效地减小了粒子吃水深度，防止粒子在模型浅水区搁浅。
权利要求
1.实体模型表面流场图像测试的高性能示踪粒子，其特征是示踪粒子呈椭圆流线形状，示踪粒子的长轴宽度是示踪粒子短轴高度的3倍。
2.实体模型表面流场图像测试的高性能示踪粒子的制作方法，其特征是其特征是该方法的步骤分为，一、采用ABS材料或PP材料与天然石膏混合调制成密度与实验流体相近，即当流体密度大于1.03g/cm3时，采用ABS材料与天然石膏进行配合，其质量配比系数为mABSms=ρABS(ρf-ρs)ρs(ρABS-ρf)]]>式中的ρABS为ABS材料的密度，ρs为天然石膏的密度，ρf为流体密度，mABC为ABS材料的质量，ms为天然石膏的质量；当流体密度小于或等于1.03g/cm3时，采用PP材料与天然石膏进行配合，其质量配比系数为mppms=ρpp(ρf-ρs)ρs(ρpp-ρf)]]>式中的ρpp为PP材料的密度，ρs为天然石膏的密度，ρf为流体密度。Mpp为pp材料的质量，ms为天然石膏的质量；二、用模具压制，将ABS材料或PP材料与天然石膏混合，然后采用搅拌机调制均匀，注入模具内压制，该模具的长轴宽度是短轴高度的3倍，使压制而成的示踪粒子呈椭圆流线形状，示踪粒子的长轴宽度是示踪粒子短轴高度的3倍。
全文摘要
本发明是一种适用于实体模型表面流场图像测试的高性能示踪粒子及制作方法，示踪粒子呈椭圆流线形状，示踪粒子的长轴宽度是示踪粒子短轴高度的3倍。制作方法的步骤分为，采用ABS材料或PP材料与天然石膏混合调制成密度与实验流体相近；用模具压制，将ABS材料或PP材料与天然石膏混合，然后采用搅拌机调制均匀，注入模具内压制而成，利用流线形设计，示踪粒子长轴宽度为短轴高度的3倍。本发明的优点该示踪粒子适合应用于模型沙为塑料和粉煤灰的动床实验中，通过实验表明该示踪粒子具有水流跟随性好，不易搁浅，不易聚集，与多沙河流实体模型中的模型沙对比度较大，易于摄像机获取。提高了对实体模型表面流场的图像测试的测量精度。
文档编号G01M10/00GK101046427SQ200710021720
公开日2007年10月3日 申请日期2007年4月26日 优先权日2007年4月26日
发明者唐洪武, 陈红, 陈诚, 唐立模 申请人:河海大学