NMOHEMS剖面探頭阻力系數(shù)數(shù)值計(jì)算與實(shí)驗(yàn).docx

1、NMOHEMS剖面探頭阻力系數(shù)數(shù)值計(jì)算與實(shí)驗(yàn)陳振濤，葉松，王曉蒲，翁興國(guó)，鐘中，劉志華（解放軍理工大學(xué)氣象學(xué)院，江蘇南京211101）摘要：NMOHEMS割面探頭主要用于快速獲取海洋水文制面資料，剖面探頭投放后，運(yùn)動(dòng)時(shí)間和下落距高關(guān)系的確定將直接影響到制面測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。在玻璃水箱和水庫(kù)2種環(huán)境下，分別設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方法。在玻璃水箱實(shí)驗(yàn)中，利用高速攝像記錄不同質(zhì)量剖面探頭的下落過(guò)程，編寫圖像處理程序、完成數(shù)據(jù)處理和誤差分析；水庫(kù)實(shí)驗(yàn)在船上進(jìn)行，自主研制水面實(shí)驗(yàn)裝置，對(duì)影響因素進(jìn)行修正，以提高實(shí)驗(yàn)結(jié)果的真實(shí)可蒙性。剖面探頭穩(wěn)定下落時(shí)的雷諾數(shù)在1010'范國(guó)內(nèi)，針對(duì)這一特點(diǎn)采用數(shù)值計(jì)算方法進(jìn)行

2、三維粘性流場(chǎng)數(shù)值模擬。結(jié)果表明，阻力系數(shù)隨著雷諾數(shù)的增加而戒小，數(shù)值計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合較好，驗(yàn)證了該數(shù)值計(jì)算方法的正確性，可為NMOHEMS系列化探頭的設(shè)計(jì)提供參考。關(guān)鍵詞：NMOHEMS；制而探頭；阻力系數(shù)；數(shù)值計(jì)算中圖分類號(hào):P716.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào):1009-3443（2012）03-0349-06NumericalstudyondragcoefficientandexperimentmethodsofNMOHEMSprofileprobeCHENZhen-tao,YESong,WANGXiao-lei,WENGXing-guo,ZHONGZhong,LIUZhi-hua(

3、InstituteofMeteorology,PLAUniv,ofSci.&Tech.,Nanjing211101«China)Abstract:NMOHEMSprofileprobeismainlyusedinmeasurementoftheseawatertemperatureetc.,andtheprofiledataaresensitivetotherelationbetweenthefallingdistanceandtime.Theexperimentalmethodsinboththelabpoolandthelakeweredesigned.Inthelabp

4、ool,thesinkingprocessesofdifferentweightprobeswereshotbyhighspeedcamera,andthedataprocessinganderroranalysiswerecompletedbytheimagemanipulationprogrambasedonOpencv.Inthelake,theexperimentwasdevelopedontheboard,andtheexperimentaldevicewasindependentlydeveloped.Themaininfluencefactorswerefixedtomakesu

5、rethatalltheexperimentalresultswerereliable.Reynoldsnumberisinscaleof104105whentheprobesinkssteadilyafteracceleratinginwater.The3Dviscousflowconditionwerenumericallysimulated*andtheresultsshowthatthedragcoefficientdecreaseswhileReynoldsnumberincreases*whichapproximatelyaccordantagreewiththeexperimen

6、talresults.Comparedwiththeexperimentalresults*thenumericalcalculationmethodwasverified.TheseresearchprovidesreferenceforthedesignofseriesofNMOHEMSprobes.Keywords：NMOHEMS；profileprobe；dragcoefficient；numericalcalculation新型遠(yuǎn)海機(jī)動(dòng)水文環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱NM0-收稿日期：2011-04-28.基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（40976062；江蘇省自然科學(xué)基金寬助項(xiàng)目（BK2

7、009062）；解放軍理T大學(xué)/象學(xué)院基礎(chǔ)理論研究基金資助項(xiàng)目.作者簡(jiǎn)介：陳振沔（1983），男，博士生.聯(lián)系人：葉松，副教授；研究方向：海洋水文儀器及計(jì)量技術(shù)|E-mail:yesong999Hotmail,com.HEMSCU2,以下同）是將無(wú)人機(jī)技術(shù)、流星余跡通信技術(shù)和海洋水文現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)技術(shù)婦有效結(jié)合，適用于突發(fā)性、災(zāi)害性強(qiáng)海洋動(dòng)力過(guò)程的新方法和新體制。它主要由無(wú)人機(jī)及其控制發(fā)射機(jī)動(dòng)單元、艦船和岸基用戶單元、流余主站和現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)單元4大部分組成。現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)單元內(nèi)部裝載的下沉剖面探頭可安裝不同傳感器，測(cè)量多種水文數(shù)據(jù)。在拋棄式海洋儀器研制領(lǐng)域中，以美國(guó)Sippi-can公司最具代表性。其船載拋棄

8、式海洋儀器，如船用投棄式深溫計(jì)（SXBT）和投棄式溫鹽深自記儀（XCTD）等，在國(guó)內(nèi)已有應(yīng)用；對(duì)于機(jī)載投棄式海洋儀器（如AXBT）的相關(guān)資料公開(kāi)較少，僅有簡(jiǎn)略的產(chǎn)品介紹。其基本工作原理任】為：載人飛機(jī)到達(dá)目標(biāo)區(qū)域后投放AXBT,待其入水穩(wěn)定后立即釋放位于其下端的測(cè)溫探頭，測(cè)量數(shù)據(jù)通過(guò)VHF方式發(fā)送到飛機(jī)的接收器。基于AXBT的運(yùn)行體制，國(guó)內(nèi)研究人員曾對(duì)這類探頭進(jìn)行過(guò)實(shí)驗(yàn)研究任婦。本文討論的NMOHEMS剖面探頭（簡(jiǎn)稱剖面探頭，以下同）與上述AXBT類型探頭在使用方式上具有明顯區(qū)別。其基本工作原理為：現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)單元由無(wú)人機(jī)攜帶，抵達(dá)目標(biāo)區(qū)域后，現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)單元脫離無(wú)人機(jī)，落入海水后漂浮于海面，進(jìn)入潛伏

9、狀態(tài)，主浮體通過(guò)流星余跡通信技術(shù)與流余主站保持聯(lián)系，剖面探頭暫不釋放；收到流余主站發(fā)來(lái)的探測(cè)指令后，所有現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)單元在探測(cè)指令規(guī)定的時(shí)刻同時(shí)釋放剖面探頭；探頭下沉過(guò)程中，采集不同深度的海水溫度信息'經(jīng)過(guò)信號(hào)放大、A/D轉(zhuǎn)換后傳送給主浮體，并發(fā)回流余主站，能夠?qū)崿F(xiàn)多點(diǎn)和多區(qū)域海水剖面溫度的同步探測(cè)。由使用方式的不同，決定了剖面探頭要比AX-BT類型探頭設(shè)計(jì)得外形更小、重最更輕，下落速度更慢，在相同采樣頻率下可以獲得更高的溫度剖面分辨率。其外形及結(jié)構(gòu)如圖1所示，內(nèi)部主要包括密封倉(cāng)、傳感器倉(cāng)和開(kāi)放倉(cāng)3部分。密封倉(cāng)中裝載測(cè)量電路板、環(huán)形電池和配重物；傳感器倉(cāng)內(nèi)放置傳感器模塊，可以安裝不同類型的

10、傳感器；開(kāi)放倉(cāng)主要包括輔傳輸線圈（纏繞有信號(hào)傳輸線，主傳輸線圈在海面的主浮體內(nèi)）。密封倉(cāng)需耐壓并密封防水，以保護(hù)測(cè)量電路板和環(huán)形電池；傳感器倉(cāng)內(nèi)部與導(dǎo)流腔相通，外部與密封倉(cāng)相連；開(kāi)放倉(cāng)內(nèi)外相通。圖1剖面探頭的外形和結(jié)構(gòu)Fig.1Shapeandstructureofprofileprobe針對(duì)NMOHEMS剖面探頭，本文分析其下沉運(yùn)動(dòng)模型，利用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（簡(jiǎn)稱CFD）方法進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，得到雷諾數(shù)在1010'范圍內(nèi)，阻力系數(shù)與雷諾數(shù)的關(guān)系，并設(shè)計(jì)了物理實(shí)驗(yàn)，以驗(yàn)證數(shù)值計(jì)算結(jié)果，為創(chuàng)建NMOHEMS系列化探頭的數(shù)值計(jì)算和實(shí)驗(yàn)方法奠定基礎(chǔ)1剖面探頭運(yùn)動(dòng)的數(shù)值模型1.1控制方程采用不可壓縮

11、流體的連續(xù)性方程:RANS方程:式中：為流體速度，珀=ut+ui，:=1,2,3,j=1,2,3成和小為雷諾平均速度；和匕為脈動(dòng)速度”為流體的密度伊為流體的粘性系數(shù);P為單位體積流體的壓力；兀為單位體積流體所受的外部體力；一pE7脈動(dòng)速度相關(guān)項(xiàng)稱為雷諾應(yīng)力。1.2湍流模型剖面探頭工作環(huán)境為粘性、不可壓縮非穩(wěn)態(tài)流場(chǎng)，應(yīng)用湍流k_e模型口進(jìn)行流場(chǎng)計(jì)算，其湍動(dòng)能&及耗散率£運(yùn)輸方程為：垮=法©+萍茶1+G+GLQ-%P斜*心+¥斜+Q式中：舊為湍流粘性系數(shù)出=（C=0.09；C=max0.43,«,?=Sk=;S為源項(xiàng);表示由于平均速度梯度引起的湍動(dòng)能

12、產(chǎn)生;G是用于浮力影響引起的湍動(dòng)能產(chǎn)生;匕是可壓速湍流脈動(dòng)膨脹對(duì)總耗散率的影響“為時(shí)間a為運(yùn)動(dòng)學(xué)粘性系數(shù);G,=1.44,0=1.92,%=l；,、q分別是湍動(dòng)能及其耗散率的湍流普朗特?cái)?shù),/=1.00,=邊界條件與求解方法采用有限體積法離散控制方程和湍流模型，對(duì)壓力方程采用Standard離散格式進(jìn)行離散，對(duì)動(dòng)量方程、湍流方程和雷諾應(yīng)力方程均采用二階迎風(fēng)格式進(jìn)行離散，壓力速度耦合迭代采用SIMPLEC算法。計(jì)算域的邊界由進(jìn)流邊界、出流邊界、壁面邊界和控制域邊界組成，計(jì)算區(qū)域模型與實(shí)驗(yàn)水箱尺寸相同，如圖2所示定義L為探頭長(zhǎng)度,R為探頭最大半徑以為重力加速度的反方向。X12?圖2剖

13、面探頭模型計(jì)算區(qū)域示意圖Fig.2Sketchofcomputationaldomainofprofileprobemodel各邊界條件如下：采用速度進(jìn)口邊界條件，入流斷面為均勻來(lái)流；對(duì)于出流邊界條件,認(rèn)為湍流已經(jīng)達(dá)到平衡，故采用壓力出流邊界條件，以加快收斂速度；模型表面和計(jì)算域外邊界設(shè)為無(wú)滑移壁面；模型近壁采用標(biāo)準(zhǔn)壁面函數(shù)進(jìn)行處理。采用混合網(wǎng)格技術(shù)劃分計(jì)算域，在探頭表面劃分邊界層，邊界層網(wǎng)格為三棱柱形的半結(jié)構(gòu)網(wǎng)格；探頭附近區(qū)域劃分四面體形的非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格；遠(yuǎn)離探頭區(qū)域采用六面體形的結(jié)構(gòu)網(wǎng)格。將導(dǎo)流腔和尾翼處網(wǎng)格加密，模型總網(wǎng)格數(shù)為130萬(wàn)。計(jì)算域的對(duì)稱面網(wǎng)格分布如圖3所示。圖3計(jì)算域?qū)ΨQ面網(wǎng)格分

14、布圖Fig.3Histogramofsymmetrymeshofcomputationaldomain1.4阻力系數(shù)的計(jì)算剖面探頭下沉過(guò)程中的受力包括重力、浮力和阻力。不考慮線圈釋放的影響，重力為Mg,浮力E與排水體積有關(guān)，表示為：Ff=pVg。式中：佝為運(yùn)動(dòng)介質(zhì)密度,V為剖面探頭體積,g為重力加速度。剖面探頭下沉運(yùn)動(dòng)所受阻力。與運(yùn)動(dòng)速度p相關(guān)，表達(dá)式口幻為：式中：Cd為總阻力系數(shù)，S'為剖面探頭浸濕表面積。數(shù)值計(jì)算的關(guān)鍵是確定阻力系數(shù)C”及其隨雷諾數(shù)R的變化情況。雷諾數(shù)表示為：Re=也盤八式中，為剖面探頭最大橫截面直徑。當(dāng)剖面探頭所受重力和阻力、浮力達(dá)到平衡，即D=Mg-F時(shí),運(yùn)動(dòng)將

15、達(dá)到勻速狀態(tài)，之后剖面探頭即以該極限速度勻速下降，直至探測(cè)結(jié)束，極限速度*表示為：="MgF»CdpS。數(shù)值計(jì)算時(shí)，將來(lái)流速度設(shè)為某一極限速度值VT,通過(guò)模擬運(yùn)算得到對(duì)應(yīng)的阻力。，代入式（1）可求解此時(shí)的阻力系數(shù)Cd°2實(shí)驗(yàn)由以上分析可知，剖面探頭的下沉規(guī)律為先加速直至勻速運(yùn)動(dòng)，實(shí)驗(yàn)必須完整地記錄整個(gè)加速過(guò)程。文獻(xiàn)68中采用不同高度釋放結(jié)合多階段軌跡銜接的方法，探頭質(zhì)髭較大且不可調(diào)，入水沖擊對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成的誤差也較大。本文利用有限實(shí)驗(yàn)水深，在不影響剖面探頭外形的前提下，精確調(diào)整其質(zhì)員，獲得不同質(zhì)量下落的極限速度。采用從水面自由釋放方式，避免了剖面探頭的入水沖擊，與

16、實(shí)際使用方式一致，且減小了實(shí)驗(yàn)誤差，多個(gè)質(zhì)量探頭的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)也提高了對(duì)比分析的科學(xué)性。將實(shí)驗(yàn)分為實(shí)驗(yàn)室水箱和水庫(kù)兩種實(shí)驗(yàn)環(huán)境，實(shí)驗(yàn)室水箱中利用高速攝像和圖像處理技術(shù)，對(duì)較小質(zhì)量探頭的下沉運(yùn)動(dòng)進(jìn)行精密測(cè)量，以驗(yàn)證數(shù)值計(jì)算方法在較低雷諾數(shù)下的正確性和可行性；水庫(kù)中利用自主研制的實(shí)驗(yàn)裝置，對(duì)較大質(zhì)量探頭的下沉運(yùn)動(dòng)進(jìn)行測(cè)量，以驗(yàn)證數(shù)值計(jì)算方法在較高雷諾數(shù)下的正確性和可行性。2.1水箱實(shí)驗(yàn)2.1.1實(shí)臉?lè)椒ㄖ谱髁似拭嫣筋^模型，并在實(shí)驗(yàn)室玻璃水箱中進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，水箱水深為1.8m,利用240f/s高速攝像機(jī)拍攝記錄探頭下沉的全過(guò)程，具體實(shí)驗(yàn)流程如圖4所示。不改變探頭模型的排水體積，通過(guò)增減配重物精確調(diào)整其質(zhì)

17、量，首先獲得探頭模型在水中懸浮的質(zhì)量M。；為提高實(shí)驗(yàn)穩(wěn)定性，設(shè)定第一個(gè)下沉質(zhì)量M=M°+2X0.56g,釋放探頭并拍攝視頻；然后依次增加0.56g質(zhì)量，重復(fù)拍攝，并確保其在有效實(shí)驗(yàn)深度內(nèi)能夠達(dá)到勻速。記錄相機(jī)的位置和高度信息，以消除因相機(jī)成像原理造成的角度誤差。圖4實(shí)驗(yàn)步驟流程圖Fig.4Flowchartofexperimentsteps數(shù)據(jù)處理時(shí)，首先裁剪視頻有效部分，將其轉(zhuǎn)換為圖片集；然后利用數(shù)字圖像處理技術(shù)確定每張圖片中探頭幾何中心的實(shí)際位置，最后得出探頭運(yùn)動(dòng)的深度-時(shí)間關(guān)系、速度-時(shí)間關(guān)系以及極限速度Vc，并計(jì)算得到相應(yīng)的阻力系數(shù)Cd”2.1.2數(shù)據(jù)處理方法實(shí)驗(yàn)拍攝的視頻包

18、含幾千幀圖片，且存在邊緣模糊等問(wèn)題，人工處理這些圖片不僅工作量太大，而且存在較大的人為隨機(jī)誤差。本文基于Opencv環(huán)境編寫了數(shù)字圖像處理程序，主要包括背景圖片處理和圖片集處理。主要工作流程：首先通過(guò)Canny和Houghman算法得到背景圖片，以確定圖片中每個(gè)像素所代表的實(shí)際長(zhǎng)度；然后對(duì)所有圖片分別進(jìn)行膨脹與腐蝕運(yùn)算，確定圖片中探頭的位置；通過(guò)Canny算法對(duì)探頭圖像邊緣毛刺進(jìn)行處理，得到比較平滑的探頭邊緣；提取探頭所有邊緣像素點(diǎn)的坐標(biāo)，計(jì)算探頭幾何中心;將所有幾何中心坐標(biāo)匯總到背景圖片上，計(jì)算出相鄰幾何中心間的像素?cái)?shù)；利用背景圖片中像素寬度與實(shí)際長(zhǎng)度的對(duì)應(yīng)關(guān)系，計(jì)算出每1/240s探頭運(yùn)動(dòng)

19、的距離，將結(jié)果自動(dòng)保存到文件中。2.2水庫(kù)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)選擇南京地區(qū)黃龍雄水庫(kù)，在船上進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)裝置主要包括托盤浮體、光電開(kāi)關(guān)、控制計(jì)時(shí)器、釋放線和探頭模型一枚。托盤浮體上帶有不銹鋼支架和滑輪，利于線圈的釋放并減小阻力；底面裝載有電磁鐵，用于吸附探頭模型。實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前，首先通過(guò)預(yù)設(shè)釋放線的長(zhǎng)度，確定相應(yīng)的下沉深度，將探頭吸附在水面的電磁鐵上；按下控制計(jì)時(shí)開(kāi)關(guān)后，電磁鐵斷電，探頭開(kāi)始釋放；當(dāng)探頭下沉到指定深度時(shí)，釋放線觸發(fā)光電開(kāi)關(guān)，此時(shí)計(jì)時(shí)器停止計(jì)時(shí)，記錄一組下沉深度和時(shí)間數(shù)據(jù)，回收探頭；更改下沉深度，繼續(xù)進(jìn)行測(cè)量；每個(gè)深度重復(fù)測(cè)量十次，以剔除粗大誤差，并消除隨機(jī)誤差?？刂朴?jì)時(shí)器采用STC89C52

20、RC型單片機(jī)開(kāi)發(fā)板進(jìn)行設(shè)計(jì),并編寫控制計(jì)時(shí)程序，主要包括：初始化程序、定時(shí)器中斷程序、測(cè)鍵號(hào)及判鍵號(hào)程序等,計(jì)時(shí)精度為1ms.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析3.1水箱實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析由理論分析可知，剖面探頭釋放后首先加速運(yùn)動(dòng)，到阻力。=峋一Ff時(shí)，將達(dá)到極限速度，之后以此極限速度Vt勻速下落。圖5為6種不同質(zhì)量剖面探頭下沉的深度h與下落速度V的關(guān)系。圖56種不同質(zhì)量探頭的下落深度與速度曲線Ing.5Sinkdepthandvelocitycurvesofsixweightprobes通過(guò)數(shù)據(jù)處理分析，6種不同質(zhì)量的探頭均已達(dá)到勻速狀態(tài)。利用CFD方法，將來(lái)流速度設(shè)為極限速度值,數(shù)值計(jì)算得到阻力值為n；利用水箱

21、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，計(jì)算阻力值和分別代入式（1）可求解對(duì)應(yīng)的阻力系數(shù)C&和圖6給出了極限速度對(duì)應(yīng)的雷諾數(shù)與阻力系數(shù)的關(guān)系，雷諾數(shù)在10左右。可以看出兩者基本相符，阻力系數(shù)隨著雷諾數(shù)的增加而減小，大部分模擬結(jié)果小于實(shí)驗(yàn)結(jié)果，且隨著雷諾數(shù)的增加，差別越大。原因可能是數(shù)值計(jì)算時(shí)建立的計(jì)算模型較為光滑，造成了模擬的阻力偏?。煌瑫r(shí)沒(méi)有考慮下沉?xí)r水箱中存在的波動(dòng)等因素對(duì)阻力系數(shù)的影響。因?yàn)橥斜P較輕，近似認(rèn)為其漂移速度與風(fēng)速相同。更改坐標(biāo)系，將坐標(biāo)原點(diǎn)定為電磁鐵底面圓點(diǎn)，此時(shí)探頭運(yùn)動(dòng)包括垂直方向的自由下沉過(guò)程和水平方向的勻速運(yùn)動(dòng)（大小與風(fēng)速v相同，方向相反），可以得到探頭的實(shí)際下落深度/=J甘二（乃以此對(duì)測(cè)量

22、值入進(jìn)行修正圖6雷諾數(shù)與阻力系救的關(guān)系Fig.6RelationgraphofIgReanddragcoefficient097水庫(kù)實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果Fig.7Measurementresultinlake表1為6種不同質(zhì)量剖面探頭水箱實(shí)驗(yàn)結(jié)果與數(shù)值計(jì)算結(jié)果對(duì)比，可以看出，兩者基本吻合，最大誤差控制在2%以內(nèi)，驗(yàn)證了雷諾數(shù)在10,左右時(shí)，數(shù)值計(jì)算模型的正確性和可行性。襄1水箱測(cè)量結(jié)果與模擬結(jié)果對(duì)比Tab.1Comparisonofmeasurementandsimulationresults3.2水庫(kù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析探頭質(zhì)量/g極限速度/（mS-】）G模擬結(jié)果Cd實(shí)驗(yàn)結(jié)果相對(duì)誤差/%305.440.1

23、6170.02170.0216-0.4608306.000.18280.02120.02130.4717306.560.19690.02100.02120.9524307.120.22270.02060.02091.4563307.680.23910.02050.02070.9756308.240.25810.02020.02061.9802實(shí)驗(yàn)區(qū)域水深大于10m,實(shí)驗(yàn)時(shí)風(fēng)速廿=0.5m/s,水溫5.9"C,探頭重550go共測(cè)量了16m間的6個(gè)深度，每個(gè)深度測(cè)量10次，采用e檢驗(yàn)準(zhǔn)則判別粗大誤差，算術(shù)平均值作為最后測(cè)量結(jié)果，以消除隨機(jī)誤差。測(cè)量結(jié)果和計(jì)算結(jié)果如圖7所示，兩者比較接近

24、,lgRe在IO'以內(nèi)；但下沉同樣時(shí)間，測(cè)量的深度均大于計(jì)算深度，且深度越大，兩者差值也越大。經(jīng)分析，主要是因?yàn)樗骘L(fēng)速的存在，使得船和托盤均在漂動(dòng)，導(dǎo)致入水后的線圈不垂直，且偏離角度越來(lái)越大.表2為水庫(kù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與數(shù)值計(jì)算結(jié)果對(duì)比。可以看出，測(cè)量修正值與計(jì)算值更加接近，但下落同樣時(shí)間，測(cè)量深度的修正值稍小于計(jì)算深度，且隨著時(shí)間的增加，兩者差別變化不大。分析其可能原因，主要包括兩點(diǎn):一是釋放過(guò)程中實(shí)驗(yàn)裝置對(duì)釋放線的摩擦作用;二是水庫(kù)水中的雜質(zhì)較多，密度比理想的水密度要大,這些因素都增加了剖面探頭的摩擦阻力.表2水庫(kù)測(cè)結(jié)果與模擬結(jié)果對(duì)比Tab.2Comparisonofmeasuremen

25、tandsimulationresults沖轉(zhuǎn)日模換實(shí)驗(yàn)Aft實(shí)軟與模擬修正與模擬結(jié)果結(jié)果修正值相對(duì)誤差/%相對(duì)誤差/%81力系敏0.01760.01630.0170-7.39-3.41極限速度/（»$-1)2.4872.5232.4731.44-0.564結(jié)論設(shè)計(jì)并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室和水庫(kù)2個(gè)環(huán)境下的實(shí)驗(yàn)，基于CFD方法對(duì)NMOHEMS剖面探頭流場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬，得出主要結(jié)論如下：（1）實(shí)驗(yàn)室水箱中剖面探頭的質(zhì)量調(diào)整精確度較高，質(zhì)量增量為0.56g;采用高速攝像記錄下落過(guò)程.綜合利用多種圖像處理算法完成數(shù)據(jù)處理，測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確性較高；水庫(kù)實(shí)驗(yàn)受環(huán)境影響因素較多，尤其是水面風(fēng)的影響，需要對(duì)測(cè)

26、量結(jié)果進(jìn)行修正，且對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置的穩(wěn)定性要求更高。2種環(huán)境中的實(shí)驗(yàn)方法對(duì)類似實(shí)驗(yàn)都具有一定的參考價(jià)值。(2) 數(shù)值模擬得到阻力系數(shù)隨雷諾數(shù)的增加而減小的變化關(guān)系，用實(shí)驗(yàn)室水箱和水庫(kù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，吻合較好，證明了該數(shù)值計(jì)算方法的正確性和可行性。另外，與文獻(xiàn)68中的實(shí)驗(yàn)方法相比，本文的實(shí)驗(yàn)方法因避免了探頭的入水沖擊，減小了實(shí)驗(yàn)誤差，并與探頭的實(shí)際使用方式更加一致，建立在此實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上的對(duì)比分析更具有科學(xué)性。<3)因?yàn)镹MOHEMS剖面探頭的下落速度較慢,所以重點(diǎn)對(duì)低雷諾數(shù)下的阻力系數(shù)進(jìn)行了計(jì)算，對(duì)雷諾數(shù)在10IO'范圍內(nèi)相應(yīng)阻力系數(shù)的確定具有一定的代表性，該數(shù)值計(jì)算方法可為NMOH

27、EMS系列化探頭，以及其他較小下沉速度探頭阻力系數(shù)的數(shù)值計(jì)算提供借鑒。通過(guò)對(duì)不同雷諾數(shù)下阻力系數(shù)的對(duì)比分析，為剖面探頭的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了技術(shù)支持。參考文獻(xiàn)：1 葉松.王曉雷，焦冰，等.NMOHEMS的概念與設(shè)計(jì)J.海洋技術(shù),2010,29(1):28-31.YESong,WANGXiao-lei»JIAOBing*etal.ConceptanddesignofNMOHEMSJ.Oceantechnology,2010,29(1):28-31.(inChinese).2 葉松.王曉蕾，周延年，等.遠(yuǎn)海機(jī)動(dòng)水文環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)技術(shù)研究與設(shè)計(jì)口.儀器儀表學(xué)報(bào)，2008,29(8):256-260

28、.YESong,WANGXiao-lei,ZHOUYan-nian,ctal.StudyanddesignonmobileoffshorehydrologicenvironmentmonitoringsystemJ.ChineseJournalofScientificInstrument.2008,29(8)：256-260.(inChinese).3 周延年，葉松，鄭君杰，等.利用流星余跡通信系統(tǒng)傳輸海洋數(shù)據(jù)J.儀器儀表學(xué)報(bào)，2008,29(8)：486-489.ZHOUYan-nian,YESong,ZHENGJun-jie,etal.Discussionontransmittingoce

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