本文選題：PTV + 測量偏差　； 參考：《清華大學》2015年博士論文

【摘要】：應用PTV測速技術(shù)可以獲得離散的瞬時速度數(shù)據(jù),在數(shù)據(jù)后處理過程中,需在有限大小的采樣窗口內(nèi)對采樣數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計平均。由于流速梯度、濃度梯度和相間速度差的存在,在采樣窗口內(nèi)的平均過程將產(chǎn)生統(tǒng)計誤差(或稱測量偏差)。本文在前人研究工作的基礎(chǔ)上,以明渠水沙兩相流為研究對象,對上述問題進行了較為全面的研究。垂線流速分布選用對數(shù)型公式和指數(shù)型公式并進行對比分析,濃度分布選用Rouse公式;經(jīng)理論分析推導出了平均速度、紊動強度測量偏差解析表達式,通過對表達式的理論分析和數(shù)值計算,分析測量偏差的大小及其隨影響因素的變化規(guī)律。由于流速梯度的存在,在采樣窗口內(nèi)測得的平均流速值與采樣窗口中心點處的真實值相比偏小,而估算的紊動強度值要高于真實的紊動強度值,該結(jié)論與選用的兩種具體流速分布型式無關(guān)。由流速梯度引起的測量偏差與流速分布型式、采樣窗口尺寸?h、窗口中心位置my有關(guān),測量偏差等值線圖呈單調(diào)遞增函數(shù)曲線。若采樣窗口的尺寸不變,測量偏差在明渠流的上部區(qū)域相對要小,在靠近床面的下部區(qū)域則相對要大;相對于對數(shù)型公式而言,指數(shù)型公式得到的偏差略大。實驗室和野外實測資料分析表明,平均速度測量偏差在整個水深范圍內(nèi)均不大,�？珊雎圆挥�,但紊動強度的測量誤差相對較大,不可忽略。濃度梯度的存在使得示蹤顆粒在采樣窗口內(nèi)分布不均,當同時存在流速梯度時將引起測量偏差,偏差大小與采樣窗口尺寸、窗口中心位置、流速分布型式以及濃度分布的不均勻程度(顆粒懸浮指標Z)四個因素有關(guān)。平均速度的實測值小于真實值,而紊動強度實測值大于真實值,且與清水水流相比,濃度梯度效應使得紊動強度測量偏差進一步增大。平均速度、紊動強度測量偏差等值線圖自床面向水面并非單調(diào)函數(shù)曲線,拐點出現(xiàn)在相對位置y/h?0.3?0.5處。采用傳統(tǒng)“渾水流”模式得到的混合物的平均速度與PTV測量得到的固、液相各自平均速度偏差的正負取決于相間速度差?U的正負;在特定水流條件下,固相顆粒濃度越高,混合物的平均速度就偏向于顆粒的速度分布,反之亦然;理論分析和實驗結(jié)果均表明,混合物的紊動強度有可能小于水流的紊動強度,也有可能大于水流的紊動強度。通過對固、液相各自實驗數(shù)據(jù)進行簡單算術(shù)平均來確定渾水運動參量的處理方式是不當?shù)摹?br/>[Abstract]:The application of PTV speed measurement technology can obtain discrete instantaneous velocity data. In the process of data processing, the sampling data must be statistically averaged within a limited sampling window. The statistical error (or measurement deviation) will be generated in the average process in the sampling window due to the existence of the velocity gradient, the concentration gradient and the interphase velocity difference. On the basis of the previous research work, the water and sand two phase flow in the open channel are studied in a more comprehensive way. The vertical flow velocity distribution selects the logarithmic formula and the exponential formula and carries on the comparative analysis. The concentration distribution is selected by the Rouse formula. The mean velocity and the turbulence intensity measurement deviation are derived by theoretical analysis. Through the theoretical analysis and numerical calculation of the expression, the size of the measurement deviation and the variation law of the influence factors are analyzed. The average velocity measured in the sampling window is smaller than the true value at the center of the sampling window because of the existence of the velocity gradient, and the estimated turbulence intensity is higher than the real turbulence intensity. Degree value, the conclusion is independent of the two specific velocity distribution patterns selected. The measurement deviation caused by the velocity gradient is related to the pattern of the velocity distribution, the size of the sampling window, h, the center position of the window, my, and the monotone increasing function curve of the measurement deviation contour map. If the size of the sampling window is unchanged, the measurement deviation is relative to the upper region of the open channel flow. To be small, the lower region near the bed is relatively large; the exponential formula has a slightly larger deviation than the logarithmic formula. The analysis of the laboratory and field measured data shows that the average velocity measurement deviation is not large in the whole water depth range, often negligible, but the measurement error of the turbulence intensity is relatively large and can not be ignored. The presence of the concentration gradient makes the tracer particles unevenly distributed in the sampling window. When the velocity gradient exists at the same time, the measurement deviation will be caused. The magnitude of the deviation is related to the size of the sampling window, the center position of the window, the pattern of the velocity distribution and the inhomogeneous degree of the concentration distribution (Z). The measured value of the average velocity is less than that of the concentration gradient. True value, and the measured value of the turbulence intensity is greater than the true value, and compared with the clear water flow, the concentration gradient effect makes the turbulence intensity measurement deviation further increase. The average velocity, the turbulence intensity measurement deviation contour map from the bed surface is not monotonous function curve, the inflection point appears in the relative position y/h? 0.3? 0.5. The traditional "muddy water flow" is used. The mean velocity of the mixture obtained by the model is determined by the mean velocity measured by PTV and the positive and negative of the average velocity deviation of the liquid phase depends on the difference between the phase velocity and the positive or negative of the U. The higher the concentration of the solid particles is, the average velocity of the mixture is biased toward the velocity distribution of the particles, and vice versa; both theoretical analysis and experimental results show that The turbulence intensity of the mixture may be less than the turbulence intensity of the flow, and it may be greater than the turbulence intensity of the flow. It is not appropriate to determine the motion parameters of the muddy water by the simple arithmetic average of the experimental data of the liquid phase.
【學位授予單位】：清華大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TV133

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本文編號：1928415