[发明专利]一种基于惯性导航的智能化流场测定装置及方法

说明书

一种基于惯性导航的智能化流场测定装置及方法，属于环境工程技术领域。包括外壳，外壳内设置相互配合连接的数据采集模块、数据存储模块、动力模块。上述一种基于惯性导航的智能化流场测定装置及方法，可用于水处理构筑物中的流场测定，在待测水体上游投放测定装置，记录各项运动参数并存储，在回收装置后，通过读取数据存储模块中数据完成流场重建，为复杂流场测定及分析提供重要的技术依据。本设备灵巧便于携带，且在使用后可回收再利用，成本较低，具有良好的经济性和实用性。

技术领域

本发明属于环境工程技术领域，具体为一种基于惯性导航的智能化流场测定装置及方法。

背景技术

水处理构筑物种类繁多，其中给水工艺中常用的构筑物包括：混凝池，沉淀池等，而污水处理工艺中常用的构筑物包括：移动床生物膜反应器，氧化沟，循环式活性污泥法（CAST池）等。影响构筑物处理效果的因素较复杂，包括药剂投加、物化因素、微生物特性等多因素相互作用。但对于一个为获得最佳运行效果的固定体积的构筑物而言，大量实验表明，水处理构筑物对于流场运动十分敏感。流场条件直接影响水处理工艺的有效容积、污染物去除效果、运行负荷等。因此如何测定水处理构筑物中水力学条件，进而对其进行研究和分析，最终优化流场，是水处理构筑物系统设计及运行时的关键因素。

但水处理构筑物中水力条件的测定始终是研究难点。常用的水力学表征手段主要是经验公式拟合、流体力学软件模拟及粒子图像测速法（Particle Image Velocimetry，PIV）等技术。经验公式拟合基于构筑物结构参数（例如长宽高等构型参数）及运行参数（表面气速，相密度，流体粘度等）直接计算流场分布和水力条件。流体力学软件（例如CFD，CFX，Fluent等）模拟通过设定合理的边界层及网格划分，获得二维或三维各相运动速度及含率，由此可计算反应器中流场分布和水力条件。流体力学软件优势在于模拟时考虑几何构型，建模成功后具有推广价值。但经验公式拟合及流体力学软件模拟的结论通常需要与实际检测结果相互验证方具有可信性。

常见的实际流场检测手段是粒子图像测速法（Particle Image Velocimetry，PIV）以及粒子跟踪测速技术（Partical Track Velocimetry，PTV）。PIV/PTV通过测量示踪粒子在短时间间隔内的位移来间接测量流场的瞬态速度分布。在测量整个流场速度分布的同时，可以逐个区分流场中不同粒径颗粒的运动特性。但PIV/PTV主要研究微观流场（检测区域通常小于50 cm*50 cm），且设备体积较大，价格昂贵，通常仅在实验室中使用，不适用于实际工程中的水处理构筑物内流场测定。目前尚未见经济有效的实际水处理构筑物中流场测定方法。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于设计提供一种基于惯性导航的智能化流场测定装置及方法的技术方案，可用于水处理构筑物中的流场测定，在待测水体上游投放测定装置，记录各项运动参数并存储，在回收装置后，通过读取数据存储模块中数据完成流场重建，为复杂流场测定及分析提供重要的技术依据。本设备灵巧便于携带，且在使用后可回收再利用，成本较低，具有良好的经济性和实用性。

所述的一种基于惯性导航的智能化流场测定装置，其特征在于包括外壳，外壳内设置相互配合连接的数据采集模块、数据存储模块、动力模块。

所述的一种基于惯性导航的智能化流场测定装置，其特征在于所述的外壳由上半球、下半球密封配合构成，外壳外侧包裹气囊，未充气时气囊与外壳贴合，充气后气囊膨胀；外壳内设置配重，外壳顶端设置水压深度传感器探头，外壳一侧留孔供气囊充气。

所述的一种基于惯性导航的智能化流场测定装置，其特征在于所述的数据采集模块由陀螺仪、加速度传感器、磁罗盘、水压深度传感器配合连接构成。

所述的一种基于惯性导航的智能化流场测定装置，其特征在于所述的数据存储模块包括配合连接的单片机、存储芯片及串口，单片机与数据采集模块、动力模块配合连接。