基于回歸分析的表面流場粒子匹配算法

陳 紅，周國梁，閆 靜，嵇 陽，晏成明

(1. 河海大學水利水電學院，江蘇 南京 210098； 2. 廣東水利電力職業技術學院，廣東 廣州 510635)

我國河流上興建了大量水利、水運、交通等涉河工程，受河流復雜水沙運動作用，大中型涉河工程關鍵設計參數多通過物理模型試驗研究確定。其中，流速是河流物理模型試驗中最基本的參量[1-2]，試驗工況確定、水流結構分析、模型驗證或工程方案比選均依賴流速數據分析，流速測量準確性直接關系到試驗成果水平。目前常用流速測量儀器有畢托管[1]、微型旋槳流速儀[3]、超聲波多普勒流速儀(acoustic Doppler velocimetry，ADV)[3]、大尺度流場圖像測速儀( large-scale particle image velocimetry，LSPIV)[3]、熱線熱膜流速儀(hot wire/hot film anemometry, HWFA)[4]、激光多普勒流速儀 (laser Doppler velocimetry/anemometry, LDV/LDA)[5]、粒子圖像測速儀(particle image velocimetry，PIV)[6-10]等。物理模型試驗水體含雜質較多，易阻塞畢托管或損壞HWFA敏感元件，因此畢托管和HWFA不適用于物理模型試驗。PIV和LDV測量范圍有限，布置煩瑣，易受雜質干擾，也無法適用于物理模型試驗[11-13]。微型旋槳流速儀和ADV常用于物理模型流速測量，微型旋槳流速儀操作簡便、價格低廉、測量精度較高，然而，對流態干擾較大，存在測量盲區，流速較小時測量誤差大。ADV測量精度高，可同時測量三維點流速和流向，但超聲波在空氣和水體中傳播速度不同，測量時應將發射接收探頭置于水面下才能進行準確測量，對流態有一定干擾，而且其價格昂貴，難以大規模應用。LSPIV通過測量水流表面示蹤粒子計算對應水流質點流速，具有測量范圍大、測量效率高、不干擾流場形態等顯著優點，目前已廣泛應用于物理模型試驗。……