激光多普勒在管道雨水流速测量中的应用研究

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城市强降雨季节交通堵塞的重要原因是路面积水。这一问题的解决能为人们在降雨天的出行带来极大的便利。测量管道中雨水的流速,可以为预测城市暴雨积水的发生提供必要的基础数据。通过及时分析这些数据,能够预测路面积水和交通阻塞的情况出现的位置。管道雨水成分多样、流动形态复杂,传统的测流方法很难进行有效的测量。  在分析传统方法测雨水管道的基础上,本文借助激光多普勒的流速测量思想,提出了一种适用于管道雨水测速方法:利用管道内的固体杂质作为管道雨水流速的示踪粒子,采用激光多普勒的方法对示踪粒子进行速度测量。通过分析雨水管道中的粒子大小、数量和速度分布,并最终用跟随性最好的示踪粒子的速度情况衡量雨水管道中水流速度。  为了验证激光多普勒测雨水管道流速的合理性,本文根据条纹模型和散射机理建立了在雨水管道内激光多普勒测流体速度的数学模型,用于分析示踪粒子的特性、水流速度的范围和精度之间的关系。  通过仿真得到雨水管道流速相对应的激光多普勒信号,利用频域分析和时频分析方法得到多普勒信号的频率,经转换得到流速信息。多次仿真得到了信号品质较好情况下对应示踪粒子尺寸范围和相应尺寸下的测速范围,为实测提供必要的参数。  最后在实验室搭建激光多普勒测速系统。添加25μm的示踪粒子到待测流管中。采集实验信号并分析计算结果和利用流量公式对流管速度进行估算,结果的一致性说明LDV可用于测量流管中的速度。
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