[发明专利]一种基于PIV实验的风窗局部风阻测试区间确定方法

说明书

本发明提供一种基于PIV实验的风窗局部风阻测试区间确定方法，涉及矿山通风技术领域。本发明步骤如下：步骤1：根据相似定律制作模型；步骤2：选择示踪粒子；步骤3：参数设定；步骤4：调整激光片光源的厚度及入射激光的高度；步骤5：调整视场，完成二维标定；步骤6：打开风机，进行数据采集；步骤7：根据数据得到流场的瞬态矢量图和时均矢量图，分析流场特征确定模型测试区间；步骤8：通过瞬态流场矢量图和时均矢量图得到的各个流场参数，反算出实际巷道的流场参数，确定测试区间，采用压差计与皮托管对风窗局部阻力进行测试。本方法能准确地测量出风窗的局部阻力，对风窗局部阻力测试区间进行划定，提高风窗局部阻力的测试精度。

技术领域

本发明涉及矿山通风技术领域，尤其涉及一种基于PIV实验的风窗局部风阻测试区间确定方法。

背景技术

调节风窗是矿井最常用的通风构筑物，是通风系统中对风流进行调节的重要设施之一。调节风窗是通过改变窗口的开口面积对风窗所在巷道的风量进行调节，按需分风保证各主要用风地点的风量，风量调节的合理性对整个矿井通风系统有着直接的影响，而合理调节风量必须准确测试出调节风窗产生的局部阻力。这对井下调节风窗及其流场进行研究对于实际生产、矿井通风设计与施工和优化矿井通风系统具有重要的意义。

然而风流流经风窗后发生剧烈的变化，呈现湍流状态，其流场内的速度、压力等参数在空间和时间上变化极不规则。实现精确测量风窗局部阻力参数绝非易事，测试区域选择不当，极有可能造成测试数据不稳定或者增加不必要的沿程阻力，这都会使测试结果产生一定的误差。PIV可以准确的描述流场的瞬时状态，所以PIV可以用于确定风窗局部阻力测试的测试区间。由于风流在流经风窗之后形成涡流，从而产生局部阻力，流场的分布甚为复杂和紊乱，按照传统的方式进行测试，皮托管的测试位置距离风窗过近，极有可能处于涡流区之中，数据震荡明显无法得到准确结果；测试位置过远，测试结果中会包含模型的沿程阻力，造成风窗的局部风阻测不准现象。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种基于PIV实验的风窗局部风阻测试区间确定方法，本方法避免涡流以及沿程阻力的干扰，准确地测量出风窗的局部阻力，对风窗局部阻力测试区间进行划定，提高风窗局部阻力的测试精度。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：

本发明提供一种基于PIV实验的风窗局部风阻测试区间确定方法，包括如下步骤：

步骤1：根据相似定律制作模型，激光片光源从模型上方入射，且与模型风流方向平行，CCD相机的视场方向为片光源的法向方向，CCD相机视场与光平面垂直；

步骤2：选择示踪粒子，确保示踪粒子的流动跟随性和散光性能达到实验要求，没有毒性、不具备任何腐蚀性、不会产生任何化学反应；

步骤3：参数设定；根据实验要求对PIV进行设置；

步骤4：调整激光片光源的厚度及入射激光的高度，使片光的最细部分穿过测试平面，测试平面即位于模型中心的垂直平面，PIV的激光扇面厚度约为1～2mm；

步骤5：调整视场，完成二维标定；在单针拍摄模式下，调整CCD相机视场尺寸，并保证相机视场与实验测试平面垂直，保证图片清晰完整；

步骤6：打开风机，将风速调至预定值，待风流稳定，使用PIV的Dynamic Studio软件进行数据采集；

步骤7：采用PIV系统的DynamicStudio软件根据步骤6采集的数据得到流场的瞬态矢量图和时均矢量图，将PIV拍摄的瞬时流场统计平均得到时均流场分布，分析流场特征确定模型测试区间；

步骤8：根据相似定律，通过瞬态流场矢量图和时均矢量图得到的各个流场参数，根据矿井通风中的相似定律反算出实际巷道的流场参数，确定测试区间，采用压差计与皮托管对风窗局部阻力进行测试。