新型ADV流速儀在橋墩模型試驗(yàn)中的應(yīng)用.docx

1、文章編號(hào)：l001-5485(2011)11-0104-06新型ADV流速儀在橋墩模型試驗(yàn)中的應(yīng)用吳新生，韓向東，黃衛(wèi)東,廖小永(長(zhǎng)江科學(xué)院河流研究所，武漢430010)摘要:為了精確進(jìn)行流速測(cè)景，對(duì)在建的馬鞍山長(zhǎng)江大橋橋墩概化水槽模型試驗(yàn)采用了新型聲學(xué)多普勒流速儀(ADV)測(cè)量。通過(guò)開展橋墩模型試驗(yàn)，進(jìn)行橋址斷面概化和岸坡概化,重點(diǎn)觀測(cè)橋墩附近水流變化及河床變形情況，了解橋墩周圍河床的沖刷深度、沖刷范圍,為工程設(shè)計(jì)和防護(hù)措施提供依據(jù)。研究表明：由于新型ADV測(cè)鼠范圍大、速度快，可以測(cè)量瞬態(tài)流速、平均流速以及三維脈動(dòng)流速分布，是一種測(cè)量精度高、功能全的流速測(cè)最儀器,在水流運(yùn)動(dòng)研究中將會(huì)得到越來(lái)

2、越廣泛的應(yīng)用。關(guān)鍵詞:ADV流速儀;多普勒頻移;紊動(dòng)水流;橋墩模型中圖分類號(hào):TV149.3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A河工模型試驗(yàn)中流速及流速分布測(cè)量是研究流體運(yùn)動(dòng)的主要特性參數(shù)，其測(cè)量方法與儀器的選用直接影響試驗(yàn)研究成果的深度。以往在研究橋墩方面的試驗(yàn)主要采用電阻式旋漿流速儀，由于它是一種接觸式流速儀，對(duì)水流的干擾大、測(cè)流范圍有限,且只能用于平均流速的測(cè)量，有較大的局限性。隨著新型聲學(xué)多普勒流速儀(AcousticDopplerVelocimeter,簡(jiǎn)稱ADV)的發(fā)展與應(yīng)用，模型試驗(yàn)的流速測(cè)量變得更為方便。新型ADV作為一種高科技產(chǎn)品的測(cè)流儀器，它的應(yīng)用也標(biāo)志著流速測(cè)量技術(shù)的進(jìn)一步提升。本文根據(jù)新型A

3、DV的工作原理及性能，應(yīng)用二維、三維ADV進(jìn)行了馬鞍山長(zhǎng)江大橋橋墩河床變形與岸坡防護(hù)模型試驗(yàn)研究中的測(cè)信，對(duì)橋墩附近以及岸線垂線流速的實(shí)測(cè)資料進(jìn)行分析,并介紹了應(yīng)用過(guò)程中應(yīng)注意的問(wèn)題。1ADV測(cè)量原理ADV的測(cè)量原理是應(yīng)用聲波中的多普勒效應(yīng)，即：當(dāng)波源和觀察者有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，觀察者接收到的波頻已發(fā)生改變，聲波頻率在聲源移向觀察者時(shí)變高、遠(yuǎn)離觀察者時(shí)變低。如圖1所示,聲波發(fā)生器為一固定聲源，隨流體以相同速度運(yùn)動(dòng)的固體顆粒與聲源作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，該固體顆?？砂讶松涞穆暡ǚ瓷浠亟邮掌鳌Ｈ肷渎暡ㄅc反射聲波之間的頻率差就是流體中固體顆粒運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的聲波多普勒頻移，其關(guān)系式為fKV/C)。(1)式中:九為多普勒頻

4、移江為發(fā)射頻率；V為運(yùn)動(dòng)粒子相對(duì)于接收探頭的速度;C為聲速。速度V是指改變運(yùn)動(dòng)粒子和接收探頭之間距離的運(yùn)動(dòng)，垂直于運(yùn)動(dòng)粒子和接收探頭之間連線的運(yùn)動(dòng)不會(huì)導(dǎo)致多普勒頻移。如果運(yùn)動(dòng)粒子和接收探頭之間的距離減少,則頻率增加;如果運(yùn)動(dòng)粒子和接收探頭之間的距離增加，則頻率減少。Fig.1PrincipleofADVmeasurement一般所測(cè)的粒子速度和聲速相比要小得多，則相應(yīng)的多普勒頻移就較小，因此，不能直接使用式(I)作為實(shí)用的測(cè)量方法。新型ADV采用脈沖相干處理技術(shù)，即發(fā)射探頭發(fā)出2個(gè)時(shí)間滯后分離的脈沖，測(cè)量出每一個(gè)返回脈沖的相位,2個(gè)脈沖之間的相位差正比于水中粒子的速度，據(jù)此求出水中粒子的速度,

5、也就得出水流速度。采用脈沖相干處理技術(shù)保證了ADV的高精度測(cè)量。ADV的運(yùn)行方式收稿日期：2011-03-08作者簡(jiǎn)介:吳新生(1954.),男，湖北武漢人，高級(jí)工程師，主要從事河匚模型扯測(cè)儀器研究工作，(電話電子信箱)m5888。采用雙向分置式（見圖1）,當(dāng)發(fā)射探頭發(fā)出一束已知頻率的聲音脈沖，并沿其聲束軸傳播通過(guò)采樣體時(shí)，聲音能量在所有方向上由水中的粒子（如泥沙顆粒、小生物體、氣泡等）反射，反射的部分能量被接收探頭接收，并且由信號(hào)調(diào)理部分測(cè)量出頻率的變化，再經(jīng)信號(hào)處理部分計(jì)算出水流的三維速度因此,ADV測(cè)量的實(shí)質(zhì)就是采樣體與發(fā)射探頭的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度，傳感器及采樣體示

6、意圖如圖圖2ADV傳感器及采樣體示意圖Fig.2DiagramofADVsensorandsamplingbody據(jù)被測(cè)點(diǎn)位置選用，其中二維側(cè)視探頭可用于水深極淺情況（23cm）。新型ADV的數(shù)據(jù)采集軟件WinADV可處理測(cè)量信號(hào)和各種流動(dòng)參數(shù)，提供圖形和表格形式的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示，包括3個(gè)方向的流速、信噪比、信號(hào)強(qiáng)度及相關(guān)系數(shù)，如圖3所示。測(cè)量時(shí)試驗(yàn)人員可通過(guò)界面顯示監(jiān)控儀表工作和測(cè)母數(shù)據(jù)情況，自動(dòng)保存的測(cè)量數(shù)據(jù)可方便地由Excel等專用軟件進(jìn)行后處理，并可在不中斷正常實(shí)驗(yàn)及ADV運(yùn)行的情況下調(diào)整速度的范圍及相關(guān)系數(shù)值,從而保證方便、迅速校準(zhǔn)ADV的性能。2儀器性能與特點(diǎn)ADV是一種非接觸式、單

7、點(diǎn)的多普勒流速測(cè)量?jī)x器，無(wú)定期校準(zhǔn)要求,并具有如下特點(diǎn):高精度測(cè)雖三向平均流和紊流流速;不干擾被測(cè)點(diǎn)流場(chǎng);可測(cè)量mm/s量級(jí)的極慢流速;能對(duì)湍流參數(shù)作直接計(jì)算;因其參考基準(zhǔn)是聲速,故每次測(cè)量時(shí)無(wú)需標(biāo)定;所測(cè)數(shù)據(jù)包括聲學(xué)背散射強(qiáng)度,經(jīng)過(guò)標(biāo)定可用來(lái)確定水體中懸沙濃度。新型ADV按工作頻率分為16MHz和10MHz2種傳感器,適用于河工模型的平均流速、邊界層流速、紊流（雷諾應(yīng)力）及波浪譜測(cè)信。其主要性能指標(biāo)數(shù)據(jù)見表1。三維ADV傳感器由3個(gè)接收探頭和1個(gè)發(fā)射探頭組成,采樣體位于探頭下方5cm或10cm,這樣可以基本上消除探頭對(duì)被測(cè)流場(chǎng)的干擾。ADV探頭有4種形式:三維俯視、側(cè)視、仰視和二維側(cè)視,根圖

8、3ADV測(cè)量界面Fig.3InterfaceofADVmeasurement新型ADV在美國(guó)已成為水力及海洋實(shí)驗(yàn)室的標(biāo)準(zhǔn)流速測(cè)量?jī)x器。新型ADV的umultiport即多通道ADV接線盒）內(nèi)置微處理器，用一條同步線保證所有受控傳感器的同步測(cè)最和數(shù)據(jù)獲取，一臺(tái)multiport可連接6臺(tái)ADV傳感器，而1臺(tái)計(jì)算機(jī)可連接多臺(tái)multiport,由此形成1個(gè)多點(diǎn)測(cè)流系統(tǒng)。此外，挪威生產(chǎn)的新型ADV探頭集成了溫度傳感器、測(cè)深儀功能，增加了第4個(gè)聲波接收傳感器，可以測(cè)量水深,以提高測(cè)量湍流的性能。不僅方便試驗(yàn)人員了解河床的水深情況，當(dāng)增加傳感器的升降器設(shè)施時(shí),水深數(shù)據(jù)還可以通過(guò)計(jì)算機(jī)來(lái)控制ADV傳感器的

9、入水深度，自動(dòng)測(cè)量垂線流速的分布。綜上所述，由于ADV測(cè)量范圍寬而又準(zhǔn)確，并以極好的低速流動(dòng)性能和快速的流速過(guò)程獲得了認(rèn)可，開始廣泛應(yīng)用于研究波浪軌跡、水體運(yùn)動(dòng)軌跡、橋樁周圍水流擾動(dòng)、水沙喪驗(yàn)測(cè)試、水力模型實(shí)驗(yàn)，型號(hào)工作頻率/MHz采樣頻率/Hz采樣.單元/cn?采樣距離/.cm測(cè)速范圍/（cm水平向垂而準(zhǔn)確度分辨率/(cms,)MicroADV160.1-500.0950-3600-90所測(cè)流速的1%,0.01ADV100.1250.255或100-3600-90±0.25cm/s表1新型ADV主要性能指標(biāo)Table1KeyperformanceindicatorsofnewADV

10、以至野外測(cè)量、水流擾動(dòng)對(duì)漁業(yè)的影響等方面。3橋墩模型試驗(yàn)研究應(yīng)用3.1試驗(yàn)內(nèi)容與模型布置馬鞍山長(zhǎng)江公路大橋工程是一項(xiàng)重大涉水工程，在馬鞍山河段江心洲下段橫跨長(zhǎng)江兩岸及洲堤的堤防。工程問(wèn)題包括橋梁工程的選址、橋墩型式的選取及跨度選擇，橋墩沖刷和橋梁布置對(duì)河勢(shì)和防洪的影響及適宜性等。為了預(yù)測(cè)河道的演變趨勢(shì)及大橋建設(shè)對(duì)工程河段的影響程度，提出相應(yīng)的對(duì)策措施，長(zhǎng)江科學(xué)院開展了橋墩局部沖刷概化水槽模型試驗(yàn)。研究橋墩局部河床變形規(guī)律，通過(guò)橋址斷面概化和岸坡概化，重點(diǎn)觀測(cè)橋墩附近水流變化和河床變形悄況，了解橋墩周圍河床的沖刷深度、沖刷范圍，為工程設(shè)計(jì)和防護(hù)措施提供依據(jù)。馬鞍山大橋左漢兩邊墩的承臺(tái)標(biāo)高7m,厚

11、6m,迎水面寬31.7m,順?biāo)L(zhǎng)69.2m,承臺(tái)下迎水面中排樁，共48根樁。該大橋的左漢左邊墩為本次水槽試驗(yàn)的主要參考對(duì)象。根據(jù)研究目的及馬鞍山河段的河道特點(diǎn)，馬鞍山長(zhǎng)江大橋橋墩局部沖刷試驗(yàn)采用斷面正態(tài)模型,模型幾何比尺選定為100。橋墩局部沖刷試驗(yàn)在長(zhǎng)30m、寬3m、高1m的水槽中進(jìn)行，模型布置見圖4所示。；呆水煨:了；'|:水池:水II渠橫化岸坡匚-'I'rrn'rilirrrri,ri,iliirr前池;進(jìn)尾口n圖4馬鼓山長(zhǎng)江大橋橋墩局部模型示意圖Fig.4LocalmodelofMa*anshanYangtzeRiverBridgePier3.2ADV測(cè)

12、量應(yīng)用與數(shù)據(jù)分析3.2.1ADV測(cè)量應(yīng)用要點(diǎn)橋墩概化水槽模型試驗(yàn)采用了美國(guó)的新型ADV流速儀，測(cè)量時(shí)將ADV探頭固定在測(cè)架上，測(cè)架由精密機(jī)械絲桿及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)組成，以保證傳感器探頭精確定位。圖5為ADV在馬鞍山長(zhǎng)江大橋橋散局部模型試驗(yàn)中的測(cè)量應(yīng)用。當(dāng)岸邊水深較淺時(shí)采用二維側(cè)視探頭。有關(guān)測(cè)圖5用ADV在橋墩局部模型上測(cè)量Fig.5ADVmeasurementforlocalpiermodel量參數(shù)的設(shè)置以及合理使用應(yīng)注意以下3個(gè)方面。(1) ADV測(cè)速范圍和信號(hào)強(qiáng)度：為保證測(cè)量精度，一般情況下測(cè)量設(shè)定的速度范圍應(yīng)大于試驗(yàn)中出現(xiàn)的最大流速。信號(hào)強(qiáng)度是測(cè)量探頭接受超聲波信號(hào)強(qiáng)度的尺度,ADV中的信號(hào)強(qiáng)度

13、是信號(hào)和噪音的比值，即用信噪比SNR來(lái)衡最。主要可以檢驗(yàn)水中是否存在足夠的介質(zhì)來(lái)反射聲波信號(hào),如泥沙、雜質(zhì)微粒等。如果水中粒子過(guò)少，返回的信號(hào)就會(huì)比周圍的噪音還要小，達(dá)不到足夠大的信號(hào)強(qiáng)度，所測(cè)得的數(shù)據(jù)肯定和實(shí)際相差很大。如果測(cè)量中SNR降低，也表明噪音很大，使ADV無(wú)法進(jìn)行精確測(cè)鼠,影響測(cè)量數(shù)據(jù)的精確性。對(duì)于瞬時(shí)流速測(cè)魚以25Hz頻率采樣,信噪比一般要求大于15dB；對(duì)于平均流速測(cè)量以0.5Hz采樣，ADV可以在信噪比為5dB時(shí)正常工作。(2) 影響ADV測(cè)試精度的主要因素：由ADV測(cè)速原理可知，不同的聲速會(huì)對(duì)多普勒頻移產(chǎn)生影響。在水中，聲速主要是溫度和水的含鹽度的函數(shù),它們的變化將引起聲速

14、的變化。如改變5T的溫度，聲速將改變1%;改變1.2%的含鹽度，聲速將改變1%。如果ADV使用的聲速誤差為1%,速度測(cè)鍬結(jié)果的誤差將會(huì)達(dá)2%。對(duì)于由聲速變化而引起的速度測(cè)量誤差可以在后處理中修正。通常模型試驗(yàn)用水為儲(chǔ)蓄的自來(lái)水，基本無(wú)鹽度變化，所以應(yīng)主要注意由于試驗(yàn)廳內(nèi)外水循環(huán)引起的溫度變化。不同的采樣頻率和采樣體高度對(duì)ADV測(cè)速也有影響，前者對(duì)平均流速的測(cè)量影響較小，而后者的不同所得結(jié)果的波動(dòng)較大。為保證精度，一般ADV采樣體高度采用9mm,采樣頻率采用25Hz。在測(cè)量過(guò)程中，我們觀測(cè)到垂線水深小于5cm時(shí)，測(cè)量波形明顯失真，當(dāng)測(cè)點(diǎn)距邊壁為3.5cm時(shí)，波形紊動(dòng)強(qiáng)度更大，這主要是底部或邊壁的

15、反射信號(hào)與控制體的信號(hào)混在一起，使噪聲增加。當(dāng)遇匕述2種情況時(shí)，測(cè)量應(yīng)更換為二維側(cè)視探頭°當(dāng)恢復(fù)正常測(cè)最水深時(shí)，若噪聲干擾過(guò)大,應(yīng)退出數(shù)據(jù)采集界面，重:新啟動(dòng)ADV進(jìn)行采集。因?yàn)锳DV每次啟動(dòng)時(shí),軟件系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)判別是否有邊界的干擾而自動(dòng)調(diào)節(jié)發(fā)射頻率。ADV操作不當(dāng)和信噪比太低都會(huì)降低ADV測(cè)試精度。(3)渾水濃度對(duì)測(cè)量:效果的影響：超聲波傳播的距離還與水中懸浮泥沙顆粒的含量(通常稱為含沙量)有關(guān)，含沙量越大，超聲波被吸收的聲能就越多，也就會(huì)減小儀器的測(cè)量距離。由于含沙也僅僅是吸收超聲波的聲能只減弱信號(hào)強(qiáng)度，并不改變超聲波的傳播速度,所以并不影響超聲波的測(cè)量精度。但是,過(guò)大的含沙量會(huì)影

16、響ADV的適用范圍。有研究表明：當(dāng)挾沙水流濃度達(dá)到15kg/m3時(shí),ADV已不能確定測(cè)點(diǎn)的位置，對(duì)于高于這一含沙量濃度的水流就不再適宜采用ADV測(cè)量流速。但是，借助于超聲波被泥沙吸收的聲能的特性可以測(cè)定水流含沙量濃度。模型沙不同的種類、顆粒大小及級(jí)配對(duì)超聲波的散射作用不同，因此，可以根據(jù)模型試驗(yàn)用沙,建立顆粒濃度與信號(hào)強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)關(guān)系曲線，經(jīng)過(guò)標(biāo)定來(lái)確定水體中懸沙濃度。ADV采集的是瞬時(shí)的信號(hào)強(qiáng)度，可得到瞬時(shí)的泥沙濃度分布以及紊動(dòng)的過(guò)程曲線，這一點(diǎn)對(duì)研究泥沙的起動(dòng)、懸浮、擴(kuò)散及其紊動(dòng)分析都有重要的意義。3.2.2試驗(yàn)分析與應(yīng)用效果試驗(yàn)顯示，橋墩周圍的水流結(jié)構(gòu)主要包括墩前向下水流、墩前沖擊波和橋墩

17、周圍水流場(chǎng)的旋渦體系,包括墩前沖刷坑邊緣形成的繞橋墩內(nèi)側(cè)流向下游的馬蹄形旋渦。它在墩前使向下流動(dòng)的最大流速位置更靠近橋墩。墩兩側(cè)由于流速梯度產(chǎn)生的邊界分離,形成立軸旋渦;向下游移動(dòng)的尾流旋渦，不斷地從橋墩兩側(cè)釋放出來(lái),促進(jìn)沖刷過(guò)程的發(fā)展，像真空吸塵器一樣，每個(gè)旋渦形成-個(gè)低壓中心，牽動(dòng)馬蹄形漩渦區(qū)內(nèi)的流體不斷地進(jìn)行橫向、豎向和前后擺動(dòng)，劇烈淘刷橋墩:迎水端和周圍泥沙，形成局部沖刷坑O試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),橋墩附近的水流局部變形具有很明顯的三維特點(diǎn)。平面水流經(jīng)繞橋墩形成一般的形體繞流，在水流流向橋墩時(shí)，水流動(dòng)能逐漸轉(zhuǎn)化為勢(shì)能,在橋墩上游形成駐點(diǎn)，水位有所壅高°但由于液體的不可壓縮性，繼續(xù)流來(lái)的質(zhì)點(diǎn)

18、勢(shì)必要改變?cè)械牧飨?，脫離邊界，向外側(cè)流去，出現(xiàn)邊界層分離。試驗(yàn)觀測(cè)橋墩附近的水流結(jié)構(gòu)圖繪制如圖6所示。在試驗(yàn)測(cè)量過(guò)程中，通過(guò)著色示蹤劑(高錠酸鉀)觀測(cè)到以下現(xiàn)象:在施放85000,95000J02500m3/s3級(jí)特征流最時(shí)，水流受到橋墩頭部的頂沖向兩側(cè)擴(kuò)散，受到擠壓的水流流速明顯增大，水面涌波和水流紊動(dòng)I分清晰,左側(cè)繞流直接頂沖到橋址斷面附近的岸坡，可以明顯看到橋墩尾后部的回流區(qū)，但范圍比小流量條件下的回流區(qū)略小，而用ADV進(jìn)行流速跟蹤測(cè)量的數(shù)據(jù)表明與上述現(xiàn)象極為相似,說(shuō)明ADV的定量測(cè)段與定性的觀測(cè)結(jié)果一致。圖7為橋墩周圍水流加著色示蹤劑實(shí)拍圖像，圖6橋墩周圍的水流結(jié)構(gòu)示意圖Fig.6S

19、chematicoftheflowaroundthepier圖7橋墩周圍水流實(shí)拍圖像Fig.7Imageofflowaroundthepier試驗(yàn)中采用ADV二維、三維2種型號(hào)的傳感器對(duì)設(shè)置的垂線流速測(cè)點(diǎn)施測(cè)時(shí)，還與旋漿流速儀的測(cè)晴結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，表2列出了其中施放流量。=45000m3/s時(shí)橋墩周圍幾個(gè)特征點(diǎn)的流速值，表2橋墩周圍特征點(diǎn)平均流速統(tǒng)計(jì)表Table2Theaveragevelocitiesatthefeaturepointsaroundthepier點(diǎn)號(hào)卜水深平均流速/(ms-)旋槳三維ADV二維ADV匕0.4H0.930.900.10-0.030.890.1120.6H0.70

20、0.67-0.010.000.67-0.020.8/0.480.490.040.000.470.030.4H0.880.820.030.050.870.0440.6/0.890.860.05-0.050.870.060.80.770.780.10-0.060.750.130.4W1.071.06-0.01-0.051.09-0.0260.6H1.061.070.01-0.071.040.030.80.910.870.12-0.060.880.11注：*方向下游為正，上游為負(fù);y方向左岸為正，右岸為負(fù);z方向鉛在向下為正，鉛汽向上為負(fù);為模映相對(duì)水深。發(fā)現(xiàn)二者的測(cè)量結(jié)果具有很好的相似性，也再次論

21、證了ADV測(cè)量數(shù)據(jù)的可信度。從應(yīng)用效果來(lái)看,ADV的測(cè)量?jī)?yōu)勢(shì)是顯而易見的，其測(cè)速數(shù)據(jù)采集速度要快得多，因此測(cè)量時(shí)間可大幅縮短。采用“時(shí)間-各向流速”數(shù)據(jù)來(lái)動(dòng)態(tài)顯示瞬時(shí)測(cè)量值，更有利于水流紊流狀態(tài)和泥沙運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的分析。而旋漿流速儀受測(cè)量方式限制，只能測(cè)平均值，且3個(gè)方向的流速值不能同時(shí)測(cè)量獲取。在測(cè)量范圍方面,ADV可測(cè)到mm級(jí)極低流速值,而旋漿流速儀受旋漿轉(zhuǎn)動(dòng)最小起動(dòng)值的限制，一般最小值只能測(cè)到I.5cm/s左右。另外，其流速值的差異分析，排除人為操作和外界干擾因素，ADV的準(zhǔn)確度應(yīng)比旋漿流速儀更符合實(shí)際水流運(yùn)動(dòng)狀態(tài),因?yàn)锳DV不破壞被測(cè)點(diǎn)流場(chǎng),其采樣體體積比旋漿測(cè)量的也小得多，水流速度及素動(dòng)

22、過(guò)程測(cè)量曲線清晰可見，可以在橋墩模型試驗(yàn)研究中取得更好的測(cè)試效果，如圖8所示。150CX10001-Velocities(cnVs).100時(shí)間/$圖8ADV測(cè)速過(guò)程曲線圖Fig.8HistorycurvesofADVmeasurement應(yīng)用中值得注意的是要根據(jù)儀器自身的工作原理與特點(diǎn)以及應(yīng)用環(huán)境，合理地設(shè)置測(cè)量參數(shù)和正確的操作系統(tǒng)，盡量減小各種影響測(cè)量誤差的因素。例如在水流平穩(wěn)時(shí)，從自動(dòng)保存的測(cè)量數(shù)據(jù)及紊動(dòng)波形來(lái)看,有少數(shù)采樣值是不合理的,其波峰數(shù)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于均值范圍。通過(guò)比照示蹤觀測(cè)可以看到，這是由于水流中的懸浮粒子團(tuán)距接收探頭過(guò)近造成強(qiáng)反射,或有氣泡和噪聲干擾所致。因此，整理分析原始測(cè)量

23、數(shù)據(jù)時(shí)應(yīng)剔除不合理采樣值。4結(jié)語(yǔ)本次試驗(yàn)研究表明，新型ADV流速儀能準(zhǔn)確、快速、無(wú)干擾地測(cè)量三維流場(chǎng),是一種測(cè)量精度高、性能好、功能多、操作簡(jiǎn)便，又特別實(shí)用的流速測(cè)域儀器。通過(guò)實(shí)踐，我們有如下幾點(diǎn)體會(huì)：(1)重視ADV測(cè)量應(yīng)用條件，注意模型邊界條件變化、環(huán)境溫度和水溫變化,以及環(huán)境噪聲和測(cè)橋測(cè)架振動(dòng)等多種因素的影響；為保證精度，應(yīng)根據(jù)以上條件正確設(shè)置測(cè)量控制參數(shù),ADV操作不當(dāng)和信噪比太低都會(huì)影響ADV測(cè)量精度。(2) ADV的定量測(cè)量與定性的觀測(cè)結(jié)果一致，同時(shí)，當(dāng)采用二維、三維2種型號(hào)的傳感器對(duì)設(shè)置的測(cè)點(diǎn)測(cè)量時(shí)，隨機(jī)選擇測(cè)點(diǎn)與采用旋漿流速儀時(shí)的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,發(fā)現(xiàn)二者的測(cè)8：結(jié)果具有很好的

24、相似性,論證了ADV測(cè)量數(shù)據(jù)的可信度。(3) 對(duì)于非常復(fù)雜的橋墩周圍的水流結(jié)構(gòu)條件，包括墩前水面涌波、橋墩迎水面向下水流和尺度很大的紊流區(qū)，采用新型ADV流速儀成功測(cè)試了各測(cè)流區(qū)域，了解到橋墩周圍的流場(chǎng)與橋墩周邊的河床局部變形有密不可分的關(guān)系，橋墩周圍的流場(chǎng)控制著局部沖刷模式，橋墩紊流是造成橋墩局部沖刷的重要因素，而局部沖刷的發(fā)展又反過(guò)來(lái)影響橋墩周圍的水流結(jié)構(gòu)。參考文獻(xiàn)：1 田淳，劉少華.聲學(xué)多普勒測(cè)流原理及其應(yīng)用M.鄭州：黃河水利出版社,2003.(TIANChun,IJShao-hua.PrincipleofAcousticDopplerFlowMeasurementandItsAppli

25、cationM.Zhengzhou:YellowRiverConservancyPress,2003.(inChinese)肖洋,唐洪武，毛野，等.新型聲學(xué)多普勒流速儀及其應(yīng)用JL河海大學(xué)學(xué)報(bào),2002,(3)：15-18.(XIAOYang,TANGHong-wu,MAOYe,etal.NewA-coustic-DopplerVelocimeter(ADV)andItsApplicationJ.JournalofHohaiUniversity,2002,(3)：15-18.(inChinese)林鵬，陳立.MicroADV及其在挾沙水流中應(yīng)用的研究C第四屆全國(guó)泥沙基本理論研究學(xué)術(shù)討論會(huì)文集.

26、成都：四川大學(xué)出版社,2000.(LINPeng,CHENLi.MicroADVandItsApplicationintheSedimentHowStudyC/ProceedingsoftheFourthNationalSymposiumontheBasicTheoryofSediment.Chengdu:SichuanUniversityPress,2000.(inChinese)2 黃衛(wèi)東，廖小永，矣新生，等.馬鞍山長(zhǎng)江大橋近岸橋墩河床變形與岸坡防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)研究水槽模型試驗(yàn)R.武漢：長(zhǎng)江科學(xué)院,2010.(HUANGWei-dong,LIAOXi-ao-yong,WUXin-sheng,eta

27、l.StudyonStandardsofRiverbedDeformationandBankSlopeProtectionNearMa'anshanYangtzeRiverBridgePierbyModelTestTankR.Wuhan:YangtzeRiverScientificResearchInstitute,2010.(inChinese)(編輯:周曉雁)ApplicationofAcousticDopplerVelocimeter(ADV)inBridgePierModelTestWUXin-sheng,HANXiang-dong,HUANGWei-dong,LIAOXiao

28、-yong(RiverDepartment,YangtzeRiverScientificResearchInstitute,Wuhan430010,China)Abstract:AnewtypeofAcousticDopplerVelocimeter(ADV)wasappliedtomeasuretheflowrateaccuratelyina,lgeneralizedpiermodeltesttankfortheMa*anshanYangtzeRiverBridgewhichisunderconstruction.Thebridgesitesectionandbankslopeweregen

29、eralizedthroughthemodeltest.Focusedonchangesinwaterflowobservednearthepiersaswellasonthebeddeformation,thetestwastoobtainthedepthandthescopeofriverbederosionaroundthepier,andtherebyprovidingbasisforprotectivemeasuresandengineeringdesign.ItwasmanifestedthatADVcouldmeasurethedistributionsofinstantaneo

30、usvelocity,averagevelocityandthree-dimensionalfluctuatingvelocityasitmeasuredrapidlyinwidescope.Itisafull-featuredflowmeasuringinstrumentofhighaccuracy,andwillbemorewidelyusedinthestudyofwatermovement.Keywords:AcousticDopplerVelocimeter(ADV)；Dopplershift；pulsecoherentprocessingturbulentflow；piermode

31、l分公行公公公分公公公公公公公行會(huì)公會(huì)分分恐公公公分公公公會(huì)分公公公公會(huì)公公公公公公公公益公公0公分公公會(huì)右公公公a公公公分00公公公公公公套會(huì)公公分公久公公公公六會(huì)公會(huì)公分公分分分(上接第99頁(yè))withmultiplestructuralmembers.Inthispaper,thegeometricmethodalgorithmtogenerateVoronoitessellationisimprovedonthebasisofVoronoitessellationtheory,andthelocationsofthepointsareoptimizedwithcentroidmetho

32、d.Programiscompiledbasedontheaboveoptimizationsandisverifiedbyseveralexamples.Thecalculationresultsshowthataseriesofpointswelldistributedinanarbitraryconvexpolygoncanbegeneratedquicklywiththesuggestedmethod,whichthuscouldbeappliedinthree-dimensionalhighorderDDAanalysiseasily.Keywords:highorderDDA；generationofjunctionpairs；Voronoitessellation；geometricmethod；centroidmethod公分公公公急公公a公公公會(huì)會(huì)a公公aa公會(huì)會(huì)公會(huì)公會(huì)會(huì)公0公公會(huì)公公公0公公公行會(huì)公公公aa公公會(huì)公會(huì)公分分會(huì)會(huì)公會(huì)會(huì)公益公公分會(huì)公公公公公公公恐會(huì)公行會(huì)公公公六公會(huì)分公分分分會(huì),會(huì)恐(上接第103頁(yè))CalculationandAn