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专利名称：一种测定波浪冲击过程能量损失的方法
技术领域：
本发明属于海岸工程水工模型试验技术领域，涉及到一种测定波浪冲击过程能量损失的方法。
背景技术：
目前该领域研究冲击问题能量损失的方法都仅是单纯地测量或推导了冲击过程的压力场。如1967年日本的合田良实在水工学夏季研讨会的会议论文中提出了作用于码头面板上的波浪上托力压强平均值的估算方法。1970年美国的Wang，H.在土木工程会议上给出了基于动量定理的作用于大尺度水平平板下面各点的冲击压强的计算方法。1971年California大学的Osman A.Elghamry在理论分析的基础上，通过物理模型试验的冲击力的测定来研究了冲击过程的能量损失。1997年我国的王永学和2003年我国的周益人通过系列模型试验，给出了波浪上托力计算方法。上述方法都只是从波浪压力场的测定方面研究了波浪冲击过程的能量损失，没有测定波浪水质点的速度场及其运动规律，对于压力场和速度场同步采集的问题更是没有涉及到，因而限制了对于波浪冲击过程能量损失机理的认识，解决不了冲击过程能量损失估算的问题，无法正确认识和了解波浪冲击过程的机理。

发明内容
本发明的目的是为了得到波浪冲击过程的能量损失，深入研究波浪冲击问题的机理。提出了一种测定波浪冲击过程能量损失的方法，对冲击过程的波浪压力场和速度场的进行同步采集，通过分析波浪冲击过程的冲击压力与波浪水质点运动速度之间的定量关系，得到冲击过程能量损失的估算方法。
本发明的技术方案是采用先进的物理试验手段——高速粒子成像全流场测试技术(PIV)，对波浪冲击过程的不同时刻的瞬态流场进行测量和分析；同时通过同步器控制压力采集系统，设置压力传感器的采集间隔，使之与PIV系统的CCD相机的采集间隔一致，使得采集到的每一瞬时的流场数据和压力场数据一一对应；通过对采集到的同一位置同一瞬时的水质点的运动速度和压力传感器的压力进行分析，尤其是波面与结构物接触与分离瞬间，波浪冲击压力与波面水质点速度之间的内在联系，得到二者之间的定量关系；并用概率分析法对冲击压力和水质点运动速度之间的关系随机性进行分析，从而估算出波浪冲击过程的能量损失。
本发明的效果和益处是本发明实现了波浪冲击过程压力场数据和速度场数据的同步采集，通过分析波浪冲击压力与波面水质点速度之间的内在联系，解决了以往无法正确估算波浪冲击过程能量损失的问题，有助于了解波浪的冲击机理。所提出的应用PIV技术对冲击过程的瞬态流场进行测量以及同步进行压力场测量的思想，在海岸工程水工模型试验领域具有很好的应用前景。
具体实施例方式
以下结合技术方案详细叙述本发明的具体实施例。
本发明应用先进的瞬态全场测量技术——粒子图象测速(PIV)技术，对波浪冲击过程的不同时刻的瞬态流场进行测量。PIV系统的光源采用高流明的投影仪，并用计算机控制使其打出宽5mm的连续片光；摄像设备采用高速数字CCD相机，最大帧频达262fps，把它安装在流场的一侧，垂直于片光进行拍摄；在流场中洒布一定浓度的示踪粒子；采用EPIX(R)图像采集卡与CCD设备连接，通过相应的图像采集软件采集流场图片。在数据采集开始时，计算机向同步器发出一个采集信号，同步器接受后，对压力测量系统和PIV系统同时发出指令，压力采样与图像采样同步进行，采样间隔都为5ms。对采集到的CCD图像应用PIV图像分析软件，通过快速傅立叶变换FFT实现对采集到的图像进行互相关分析，得到流场的速度矢量图，利用包括离散正交小波变换在内的多种方法对实验图像进行降噪处理，降低分析误差，并采用“窗移”算法和亚像素技术来提高分析结果的精度。从流场的速度矢量值中找出某一压力传感器位置的水质点冲击到结构物底面瞬间的竖向速度ν，并从同步采集的该压力传感器的压力历时曲线中找出对应的该瞬时的冲击压力峰值p。通过对各个不同试验组次当波浪刚接触到传感器瞬间的竖向速度值ν和对于该传感器的冲击压力峰值p以及二者比值 的分析，得到 值的出现频率，应用概率分析法对 值的出现频率进行概率分析，得到 值出现的最大概率，也就是在试验组次的大多数情形下，当波浪刚接触到传感器瞬间所产生的冲击压力峰值p与ρν2之间的关系，从而得到冲击过程的能量损失。
权利要求
1.一种测定波浪冲击过程能量损失的方法，通过分析波浪冲击过程的冲击压力与波浪水质点运动速度之间的定量关系，得到冲击过程能量损失，其特征是波浪冲击过程的压力场和速度场数据的采集同步进行。
2.根据权利要求1所述的测定波浪冲击过程能量损失的方法，其特征是通过采用高速粒子成像全流场测试技术，对波浪冲击过程的瞬态流场进行测量和分析。
全文摘要
一种测定波浪冲击过程能量损失的方法，属于海岸工程水工模型试验技术领域。其特征是采用高速粒子成像全流场测试技术，对波浪冲击过程的不同时刻的瞬态流场进行测量和分析，同时通过同步器控制压力采集系统同步进行同时间等间隔的压力数据采集，通过对采集到的同一位置同一瞬时的水质点的运动速度和压力传感器的压力进行分析得到波浪冲击过程的冲击压力与波浪水质点运动速度之间的定量关系，应用概率分析法估算冲击过程的能量损失。本发明的效果和益处是解决了以往无法估算波浪冲击过程中能量损失的问题，有助于了解波浪冲击过程的机理，所提出的应用PIV技术对瞬态流场进行测量以及同步进行压力场测量的思想，在海岸工程水工模型试验领域有很好的应用前景。
文档编号G01M10/00GK1763489SQ20051004769
公开日2006年4月26日 申请日期2005年11月10日 优先权日2005年11月10日
发明者任冰, 王永学, 李雪临, 李广伟 申请人:大连理工大学