研究目的
研究利用激光扫描技术测量湍流两相流中自由水面的轮廓及波动情况。
研究成果
激光扫描为测量湍流两相流中自由水面轮廓提供了一种具有高空间和时间分辨率的可靠解决方案。通过基于反射值的滤波处理可提高该方法精度，从而确定平均轮廓和波动包络线。这种非接触式测量方法在水工应用中相比传统技术具有显著优势。
研究不足
该方法在气泡密度低、两相流发展不充分的工况下性能受限。来自液面下液滴或气泡的反射可能导致测量不准确。该方法还需要较高的反向散射值才能实现精确测量，而这一条件并非总能满足。
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利用二维激光扫描仪对湍流两相流中自由水面轮廓及波动进行非侵入式测量
DOI：10.1088/1361-6501/ab727f
期刊：Measurement Science and Technology
出版年份：2020
更新时间：2025-09-19 17:13:59
摘要：
在现代水利工程中，测量自由水面仍普遍采用电阻式探头、U型管压力计、测针、超声波传感器等传统方法。这些方法在适宜水流条件下能提供精确结果，但当水面呈现强动态特性的湍流和两相流特征时则存在局限。本文提出采用激光扫描技术测量具有湍流、非定常及非均匀自由水面的水力现象。研究表明，激光扫描法能以高时空分辨率精确获取自由水面轮廓，即便在水面存在剧烈垂直波动的湍流工况下亦然。通过与高速摄像图像分析获得的参考值对比显示，其测量不确定度为±5毫米至±10毫米，比局部水面垂直波动范围小一个数量级以上。通过处理激光扫描数据可确定平均水面轮廓、围绕均值的垂直波动包络线，以及强波动形成的复杂水面地形。该成果有助于推广这种非接触式测量方法，为水利工程多个领域提供水流特性重要信息。研究在超临界交汇流模型中应用二维激光扫描获取自由水面，其中驻波发展导致了自掺气水流现象。
作者：
Ga?per Rak，Marko Ho?evar，Franci Steinman
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