CN112141290B - 一种船模横截面流场或气泡场测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于船舶与海洋工程技术领域，具体涉及一种船模横截面流场或气泡场测试方法。本发明实现了对船体气泡时空分布的测量，可用于研究船体产生气泡沿船底的分布规律。本发明结构简单、布置合理，能够将截面上气泡的分布情况转化可供分析的数学模型，为研究气泡沿船底的分布规律而提供了有效的技术方案。
Description
技术领域
本发明属于船舶与海洋工程技术领域，具体涉及一种船模横截面流场或气泡场测试方法。
背景技术
目前市面所用的流场测量设备可拍摄船模纵向流场，不能拍摄船模横向流场或气泡场。但是船模横剖面横向流场和气泡场信息对于船模型线设计极其重要，因此迫切需要可拍摄船模横向流场的装置。
发明内容
本发明的目的在于提供可实现对船体气泡时空分布的测量，进而研究船体产生气泡沿船底的分布规律的一种船模横截面流场或气泡场测试方法。
本发明的目的通过如下技术方案来实现：测试系统包括循环水槽、高速摄像机、常亮激光片光源和船模；所述的循环水槽中设有循环水装置和气泡发生装置；包括以下步骤：
步骤1：根据船模横断面尺寸制作靶板，在靶板其中一面绘制尺寸一致的两种颜色相间的网格；
步骤2：将靶板垂直于水面置于循环水槽中；
步骤3：布置高速摄像机，调节高速摄像机的仰角使靶板带有网格的一面完整的显示在高速摄像机拍摄的照片中；
步骤4：布置常亮激光片光源，调节常亮激光片光源的放置位置和对焦位置使片光源与靶板所在平面重合；
步骤5：使用高速摄像拍摄靶板照片作为气泡空间分布尺寸及坐标的定量化标尺；
步骤6：在船模需研究气泡分布的部位涂覆黑色哑光漆；移走循环水槽中的靶板，将船模沿垂直于片光源的方向置于循环水槽中，使涂覆有黑色哑光漆的船模截面与步骤4中靶板所在平面重合；
步骤7：开启水槽中的循环水装置和气泡发生装置，调节常亮激光片光源的功率、高速摄像机的曝光参数和灯光强度，使高速摄像机拍摄的照片中气泡清晰可辨；
步骤8：将高速摄像机在一段时间内拍摄的气泡分布照片整合为一张照片，得到该时段内气泡的整体分布情况；记录某一时刻船模截面上的气泡分布，得到该截面上气泡的单帧时空分布；将靶板照片同气泡分布照片整合，对靶板照片中的网格进行数字化的直角坐标变换，提取气泡在靶板平面上的数字坐标，将气泡分布情况转化为数学模型。
本发明的有益效果在于：
本发明实现了对船体气泡时空分布的测量，可用于研究船体产生气泡沿船底的分布规律。本发明结构简单、布置合理，能够将截面上气泡的分布情况转化可供分析的数学模型，为研究气泡沿船底的分布规律而提供了有效的技术方案。
附图说明
图1为靶板结构示意图。
图2为测试与分析系统示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步描述。
本发明涉及一种船模横截面流场或气泡场测试方法，属于船舶与海洋工程技术领域。本发明是为研究船体产生气泡沿船底的分布规律而提供的一种流场测试与分析技术，实现了对船体气泡时空分布的测量。
一种船模横截面流场或气泡场测试方法，包括靶板制作、常亮激光片光源调节、高速摄像参数调节、船模、实验数据后处理方法，所述靶板垂直置于水槽内，用于标定气泡在该平面的位置坐标；所述常亮激光片光源照亮流经靶板所在平面的示踪粒子气泡；所述高速摄像机经位置、参数调整后拍下特定时刻气泡在靶板所在平面上的分布情况；所述船模涂黑色哑光漆置于循环水槽中，移动船模可得到涂漆部分各截面的气泡分布；所述实验数据后处理方法包括全时段合成和单帧时空分布。
所述靶板依据船模横断面尺寸制作，在靶板其中一面绘制尺寸一致的黑白相间正方形网格，靶板制作完成后垂直于水面置于水槽中，用于标定气泡在该平面的位置坐标。所述高速摄像参数调节包括仰角、曝光参数、帧率、灯光，首先确定其放置位置、仰角，由于研究对象为船底的气泡分布，高速摄像机需要与地面成一定仰角放置，在对水槽中的靶板进行拍摄过程中，当所拍摄到的区域满足要求且靶板在照片中的大小位置合理时，固定此时高速摄像机的放置位置和仰角，确保之后拍摄的所有照片都能以此时的靶板照片作为参考坐标。高速摄像机位置固定后进行所述的常亮激光片光源调节，包括功率、对焦位置的调节，首先确定其放置位置和对焦位置使片光源与靶板所在平面重合，使用高速摄像拍摄靶板照片作为气泡空间分布尺寸及坐标的定量化标尺。然后移走水槽中的靶板，将所述船模沿垂直于片光源的方向置于水槽中，在船模所需研究气泡分布的部位，即片光源所照射的部位，需涂有黑色哑光漆以防止激光反射到其他平面。气泡发生后，对常亮激光片光源的功率进行调节，使激光亮度适中，避免过亮和过暗导致照片中气泡模糊不清，同时调节高速摄像机的曝光参数和灯光，使照片中气泡清晰可辨。所述实验数据后处理方法包括全时段合成和单帧时空分布，所述的全时段合成即为将一段时间内拍摄的气泡分布照片整合为一张照片，进而得到了一个时段内气泡的整体分布情况；所述的单帧时空分布即为某一刻该截面上的气泡分布情况。
本发明结构简单、布置合理，能够将截面上气泡的分布情况转化可供分析的数学模型，为研究气泡沿船底的分布规律而提供了有效的技术工具。
实施例1：
如图1所示，在靶板一面绘制黑白相间正方形网格，靶板大小依据船模横断面尺寸而定。
如图2所示，将靶板垂直于水面置于循环水槽2中，其所在平面为平面3；然后放置高速摄像机5，调节其拍摄角度和仰角，使靶板完整显示在照片中；高速摄像机5固定后进行常亮激光片光源1的放置，调节其空间位置及对焦位置，使片光源1与平面3重合，片光源1固定后移走水槽中的靶板；船模4需预先在所研究的截面范围内将船体外表面涂上黑色哑光漆，以免激光照射船体时发生反射，影响拍摄结果；将船模4放入水槽2后，调整船模的空间位置和方向，使待研究的船模截面与平面3重合；船模位置确定后，开启气泡发生装置和循环水槽，通过此时高速摄像机拍摄的气泡照片对常亮激光片光源的功率进行调节，使激光亮度适中，避免过亮和过暗导致照片中气泡模糊不清，同时调节高速摄像机的曝光参数和灯光强度，使照片中气泡清晰可辨，通过调节高速摄像机的帧率可改变拍摄照片的时间间隔。
拍摄完成后对实验数据进行后处理，通过气泡分布照片的全时段合成，可以得到一个时段内气泡的整体分布规律；通过记录某一时刻截面上的气泡分布可以得到该截面上气泡的单帧时空分布。在后处理过程中，需将靶板照片同气泡分布照片整合，通过对靶板照片中的黑白网格进行数字化的直角坐标变换，可以提取气泡在靶板平面上的数字坐标，将气泡分布情况转化为数学模型。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种船模横截面流场或气泡场测试方法，测试系统包括循环水槽、高速摄像机、常亮激光片光源和船模；所述的循环水槽中设有循环水装置和气泡发生装置；其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：根据船模横断面尺寸制作靶板，在靶板其中一面绘制尺寸一致的两种颜色相间的网格；
步骤2：将靶板垂直于水面置于循环水槽中；
步骤3：布置高速摄像机，调节高速摄像机的仰角使靶板带有网格的一面完整的显示在高速摄像机拍摄的照片中；
步骤4：布置常亮激光片光源，调节常亮激光片光源的放置位置和对焦位置使片光源与靶板所在平面重合；
步骤5：使用高速摄像拍摄靶板照片作为气泡空间分布尺寸及坐标的定量化标尺；
步骤6：在船模需研究气泡分布的部位涂覆黑色哑光漆；移走循环水槽中的靶板，将船模沿垂直于片光源的方向置于循环水槽中，使涂覆有黑色哑光漆的船模截面与步骤4中靶板所在平面重合；
步骤7：开启水槽中的循环水装置和气泡发生装置，调节常亮激光片光源的功率、高速摄像机的曝光参数和灯光强度，使高速摄像机拍摄的照片中气泡清晰可辨；
步骤8：将高速摄像机在一段时间内拍摄的气泡分布照片整合为一张照片，得到高速摄像机拍摄时段内气泡的整体分布情况；记录某一时刻船模截面上的气泡分布，得到该截面上气泡的单帧时空分布；将靶板照片同气泡分布照片整合，对靶板照片中的网格进行数字化的直角坐标变换，提取气泡在靶板平面上的数字坐标，将气泡分布情况转化为数学模型。
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