横流中水平浮射流三维运动轨迹测量方法

肖 洋朱小连李开杰王乃茹韩柯尧

(1.河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室,江苏南京 210098; 2.河海大学水利水电学院,江苏南京 210098)

横流中水平浮射流三维运动轨迹测量方法

肖 洋1,2,朱小连2,李开杰2,王乃茹2,韩柯尧2

(1.河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室,江苏南京 210098; 2.河海大学水利水电学院,江苏南京 210098)

横流条件下水平浮射流的运动轨迹线为三维、扭曲的曲线,通过设计一种可确定射流轨迹空间坐标的三维图像测量技术,实现了横流条件下水平浮射流的三维运动轨迹测量。实验结果表明,受横流的作用,三维轨迹线在水平面上的投影轨迹线显示了与横流中水平动量射流轨迹线相近的特性,受浮力的作用,在铅垂面上的投影轨迹线在垂向随着距孔口距离的增大逐渐呈线性抬升的趋势。

横流;水平浮射流;射流轨道线;三维图像测量技术

射流轨迹线是描述射流运动特性的基本参数之一,受到了研究者们的广泛重视,已采用多种方法进行研究,如平面激光诱导荧光技术(PLIF)[1-3]、粒子图像测速技术(PIV)[4-5]和数值模拟[6-8]等。然而上述研究多关注在静止水流环境或者均匀流动环境下,射流轨迹线为二维曲线这类相对简单的情况。

对于实际工程中较常出现的射流现象——具有三维运动轨迹的横流中水平浮射流(环境流体速度Ua、动量M和浮力通量B分别在x、y、z3个不同的方向,射流轨迹线是三维、扭曲的曲线,见图1。图中,hk为羽流元的厚度;bk为羽流元的半径;Vk为射流流速;φk为射流流向与水平面xOy的夹角;θk为射流流向在水平面xOy的投影与x轴的夹角[9]),由于测量手段的局限,相应的实验数据较少。……