[发明专利]泥沙颗粒沉积模拟三维试验装置和方法

权利要求书

1.一种泥沙颗粒沉积模拟三维试验装置，其特征在于，包括：试验水槽、动力装置以及三维测量装置；

所述试验水槽中设置有两块玻璃板以及位于两块所述玻璃板之间的若干吸水珠及示踪粒子；所述玻璃板与所述试验水槽的底部始终接触，并且所述玻璃板长度等于所述试验水槽的宽度；

所述动力装置连接两块所述玻璃板，可带动两块所述玻璃板同步摆动，两块所述玻璃板在摆动过程中始终相互平行；

所述三维测量装置包括：

激光粒子成像装置，包括：多组并排设置的光线照射装置以及一高速相机，多组所述光线照射装置的光路相互平行，所述高速相机用于获取所述吸水珠及示踪粒子的位移图像；

PC机，连接所述激光粒子成像装置，接收所述位移图像，并根据所述位移图像计算所述吸水珠缝隙的水速度场及所述吸水珠的位移场。

2.根据权利要求1所述泥沙颗粒沉积模拟三维试验装置，其特征在于，每组所述光线照射装置均包括激光器以及光学转换装置；

多组光线照射装置的激光器均设置于所述试验水槽的侧面，用于向所述试验水槽发射相互平行的多组激光束；

多组光线照射装置的各光学转换装置均设置于对应激光器与所述试验水槽之间，用于将对应激光器发射的激光束转换成片光，以照射所述吸水珠和所述示踪粒子；

所述高速相机位于试验水槽的正面或背面，用于拍摄所述位移图像，

所述PC机连接所述高速相机，用于设置所述高速相机的拍摄频率，并接收所述高速相机拍摄的所述位移图像。

3.根据权利要求2所述泥沙颗粒沉积模拟三维试验装置，其特征在于，所述光线照射装置为N组，

N组光线照射装置的N个激光器轮流发射激光束，每个所述激光器的发射时间为t，停止时间为(N-1)t，高速相机的拍摄频率为1/t。

4.根据权利要求2所述泥沙颗粒沉积模拟三维试验装置，其特征在于，所述高速相机的镜头上设有滤镜。

5.根据权利要求2所述泥沙颗粒沉积模拟三维试验装置，其特征在于，所述光学转换装置包括：沿光路方向依次设置的纵向凹透镜、横向凹透镜以及三角透镜；

所述纵向凹透镜用于对激光光束纵向聚焦；

所述横向凹透镜用于对纵向聚焦之后的激光光束进行横向聚焦；

所述三角透镜用于对横向聚焦之后的激光光束进行扩散，得到所述片光。

6.根据权利要求1所述泥沙颗粒沉积模拟三维试验装置，其特征在于，所述动力装置包括：驱动装置以及与其连接的两个连接轴，每一所述连接轴分别连接其中一个所述玻璃板。

7.根据权利要求6所述泥沙颗粒沉积模拟三维试验装置，其特征在于，所述驱动装置包括：固定支架、两个驱动齿轮、两个无动力齿轮、动力齿轮、内外侧均带齿的传送带以及电机；

所述电机连接所述动力齿轮，两个所述无动力齿轮与所述动力齿轮均固定于所述固定支架上，共同带动所述传送带传动；

两个所述驱动齿轮分别连接其中一个所述连接轴，并与所述传送带的齿相啮合以驱动所述连接轴，带动所述玻璃板摆动。

8.根据权利要求7所述泥沙颗粒沉积模拟三维试验装置，其特征在于，还包括：角度测量器，所述角度测量器与所述动力齿轮传动连接，用于测量所述玻璃板的倾斜角度。

9.根据权利要求1所述泥沙颗粒沉积模拟三维试验装置，其特征在于，还包括：至少两个遮光板，所述遮光板可拆卸地设置于所述试验水槽的顶部和侧面。

10.一种泥沙颗粒沉积模拟试验方法，采用根据权利要求1-9任一项所述的泥沙颗粒沉积模拟三维试验装置，其特征在于，包括：

将不同粒径的吸水珠在水中浸泡设定时间，使其充分吸水膨胀；

将示踪粒子及浸泡后的所述吸水珠按预定比例置于试验水槽中两块平行的玻璃板之间；

将所述试验水槽中注入清水，使水面至少淹没所述吸水珠顶部；

通过动力装置带动两块所述玻璃板同步摆动；

通过多组并排设置的光线照射装置中的多个激光器产生相互平行的多组激光束，通过对应的光学转换装置将多组激光束转换成多组相互平行并间隔预设距离的片光，照射所述吸水珠及所述示踪粒子；

采用高速相机于所述试验水槽前或后侧按预定拍摄频率拍摄所述吸水珠及所述示踪粒子的位移图像，并传输至PC机；

PC机利用图像处理技术，对接收的所述位移图像进行互相关分析，计算多个不同截面中所述吸水珠缝隙的水速度场及所述吸水珠的位移场；

利用相邻截面的水速度场，计算截面法线方向的速度矢量。