Разработка и применение новых методов исследования кинематической структуры водного потока

• Автор: Кушер, Анатолий Михайлович
• Шифр специальности: 05.23.16
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 213 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ИЗВЕСТНЫХ МЕТОДОВ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТЕЙ И ИССЛЕДОВАНИЙ СТРУКТУРЫ НЕРАВНОМЕРНОГО ПОТОКА НА ПЕРЕПАДЕ
1.1. Сравнительный анализ бесконтактных оптических методов лабораторных исследований кинематической структуры турбулентных потоков
1.2. Анализ исследований неравномерного потока на перепаде в горизонтальном прямоугольном русле
ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА НОВЫХ МЕТОДОВ И ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ КИНЕМАТИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫ ВОДНШ' ЙОТОКОВ
2.1. Разработка общих принципов измерений,
обработки и регистрации данных
2.2. Краткое техническое описание автоматизированной измерительной системы ТИССА
2.3. Состав математического обеспечения измерительной системы и краткая методика обработки , данных на ЭВМ
2.4. Перспективные средства измерения скоростей
потока на основе разработанных принципов
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТРОЛОГИЧЕСКИХ
ХАРАКТЕРИСТИК РАЗРАБОТАННЫХ МЕТОДОВ И ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ
3.1. Теоретическая оценка погрешностей измерений
3.2. Методика и результаты испытаний первичного преобразователя

3.3. Методика и результаты стендовых испытаний
измерительной системы
ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВОДНЫХ ПОТОКОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ “ТИССА-2”
4.1. Измерение характеристик турбулентности руслового равномерного потока
4.1.1. Описание опытов и алгоритмов обработки данных
4.1.2. Анализ результатов измерений
4.2. Исследование структуры неравномерного потока
на примере течения на подводящем участке перепада в прямоугольном горизонтальном русле
4.2.1. Задачи и методика экспериментальных исследований потока в области перепада
4.2.2. Описание опытов и использованных измерительных устройств
4.2.3. Анализ результатов исследований
4.2.4. Инструментальные проблемы применения метода конечной глубины
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИИ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. Распространенные контактные устройства (вертушки, трубки Пито-Прандля, термоанемометры и др.) нарушают структуру потока, что особенно существенно в лабораторных исследованиях. Большинство известных методов определения кинематической структуры потока не предназначены для исследования течений одновременно в широкой области. Универсальные фотографические методы весьма трудоемки и не обеспечивают оперативности получения результатов. В известных фотоэлектрических методах не решены вопросы анализа изображений и обработки больших объемов измерительных данных, необходимых для оперативных измерений полей статистически надежных характеристик турбулентных потоков, что ограничивает их применение в гидравлике.
Несмотря на широкое использование гидрометрических сооружений, теоретические методы расчета резко неравномерных открытых потоков с негидростатическим распределением давления по глубине отсутствуют. Даже для простейшего из них- потока на перепаде в горизонтальном прямоугольном русле существующих экспериментальных исследований недостаточно для определения факторов, влияющих на точность измерения расхода методом конечной глубины.
Цель и задачи исследований. Целью работы является разработка новых бесконтактных методов исследования кинематической структуры течений, обеспечивающих автоматизацию процессов определения статистических характеристик турбулентности одновременно в широкой области потока, автоматизированной измерительной системы на основе этих методов, проверка и применение разработанных методов и аппаратуры в исследованиях русловой турбулентности и резко неравномерных течений на примере потока на перепаде в горизонтальном прямоугольном русле для определения его гидрометрических свойств.

необходим при длительных непрерывных измерениях, например, при исследовании нестационарных процессов.
Теоретически допустимы следующие варианты обработки измерительных данных:
- видеозапись в качестве накопителя данных, последующее воспроизведение, цифровое кодирование и ввод данных в ЭВМ;
- прямой ввод видеосигнала в компьютер через мультимедийную интерфейсную плату с последующим программным выделением изображений частиц из полностью оцифрованных кадров;
- аналоговая обработка видеосигнала и цифровое кодирование координат частиц в процессе развертки изображения с последующим прямым или через буферный накопитель вводом данных в ЭВМ для дальнейшей обработки.
Возможна комбинация первого и второго вариантов.
Видеозапись выполняется на магнитных профессиональных и бытовых видеомагнитофонах. Студийные аппараты с поперечно-строчной записью при однократном цикле записи- воспроизведения не уменьшают отношение сигнал/шум ниже 43-46 дБ в полосе 50 Гц - 6 мГц, что обеспечивает запись без ухудшения разрешающей способности [5]. Единственным источником погрешностей остаются дефекты магнитной ленты и нарушения контакта ленты с головками. Для компенсации выпадений видеосигнала дефектная строка автоматически заменяется предыдущей, что устраняет визуальный эффект выпадения, но недопустимо в измерительной системе.
Большая сложность лентопротяжных механизмов требует высококвалифицированного персонала и делает невозможной их работу в гидравлических лабораториях с повышенной влажностью. Полоса пропускания более простых бытовых видеомагнитофонов с наклоннострочной записью составляет ~3 мГц, а разрешающая способность - до 300 линий, что недостаточно для измерительных целей. Поэтому применение видео-