本發明屬于水槽實驗及其流場測量，具體涉及一種模擬地轉偏向力的柱狀水槽實驗系統及其流場測量方法。

背景技術：

1、水槽實驗及其流場測量技術在城市規劃和氣候研究等領域具有廣泛的應用。通過預測城市內部的溫度和氣流分布，城市規劃研究人員可以確定合適的建筑高度、間距和布局，以改善城市通風和降低城市熱島效應。

2、地轉偏向力是科里奧利力在地球表面方向的一個分力。由于地球自轉，地球表面上的質點運動會受到科里奧利力的影響，導致運動方向發生偏移。地轉偏向力不會改變運動物體的速率，但會改變其方向。這種力對城市熱島環流、季風環流、氣團運行、洋流與河流的運動方向等自然環流現象有重要影響。

3、環流模式對全球和局部地區的氣候和天氣也存在著重要的影響，在城市尺度上，其通過影響大氣流動方向，間接地影響了城市熱島環流等。例如，在北半球，由于地轉偏向力的影響，氣流在自北向南運動時會向右偏轉，形成順時針旋轉的渦旋。這種偏轉可能會破壞城市原有的通風系統，導致空氣流通不暢，使熱量積聚于城市中心，進而加劇城市熱島效應。

4、目前，僅wrf、mm5和rcms等考慮了地轉偏向力對城市氣象和熱島環流的影響。水槽實驗作為最廣泛使用的城市中尺度模擬方法之一，卻忽略了地轉偏向力的影響，這使得城市內部的城市氣象和熱島環流模擬精度大大下降，進而影響城市規劃決策、惡化城市通風和加劇城市熱島效應。因此，迫切需要一種可模擬地轉偏向力的柱狀水槽實驗系統及其流場測量方法。

技術實現思路

1、為了解決現有技術中存在的上述問題，本發明提供了一種模擬地轉偏向力的柱狀水槽實驗系統及其流場測量方法。本發明要解決的技術問題通過以下技術方案實現：

2、本發明提供了一種模擬地轉偏向力的柱狀水槽實驗系統，包括：偏轉支撐系統100、調溫系統200、水槽實驗系統300和測量系統400；所述偏轉支撐系統100包括：偏轉電機110和旋轉圓盤130，所述偏轉電機110的輸出端連接所述旋轉圓盤130；其中，在所述偏轉電機110驅動下，所述水槽實驗系統300隨所述旋轉圓盤130同步轉動；所述調溫系統200設置于所述旋轉圓盤130上，所述調溫系統200包括：半導體制冷片210，所述半導體制冷片210設置有若干個，若干個所述半導體制冷片210間隔設置，且每個所述半導體制冷片210均獨立控制；所述水槽實驗系統300靠近若干個所述半導體制冷片210設置，通過所述半導體制冷片210在所述水槽實驗系統300內形成線性逆溫層。

3、2.根據權利要求1所述的模擬地轉偏向力的柱狀水槽實驗系統，所述偏轉支撐系統100還包括：傳動軸120和第一斜支撐桿140；所述傳動軸120分別同軸連接所述偏轉電機110的輸出端與所述旋轉圓盤130；所述第一斜支撐桿140設置有若干根，若干根第一斜支撐桿140間隔設置，每根第一斜支撐桿140的兩端分別連接所述傳動軸120與所述旋轉圓盤130。

4、在本發明的一個實施例中，至少一個所述半導體制冷片210位于中部，其余所有的所述半導體制冷片210均環繞中部的所述半導體制冷片210設置。

5、在本發明的一個實施例中，每個所述半導體制冷片210均為方形或圓形，且每個所述半導體制冷片210外均設置有絕熱層。

6、在本發明的一個實施例中，所述調溫系統200還包括：柔性散熱層220和散熱板230；若干個所述半導體制冷片210均嵌入至所述柔性散熱層220內；所述散熱板230位于所述水槽實驗系統300與所述半導體制冷片210之間，所述散熱板230與述半導體制冷片210一一對應設置，且每個所述散熱板230外均設置有絕熱層。

7、在本發明的一個實施例中，所述水槽實驗系統300，包括：柱狀水槽310，所述柱狀水槽310內填充有鹽水溶液；所述柱狀水槽310上設置有絕熱蓋板311，所述絕熱蓋板311的中部開設有通孔，所述通孔中布置有光源或絕熱橡膠塞。

8、在本發明的一個實施例中，所述測量系統400，包括：相機410和調節支架420；所述相機410和所述調節支架420均設置有若干個，若干個所述調節支架420環繞所述柱狀水槽310設置，每個所述相機410分別對應設置于一個所述調節支架420上，并通過所述調節支架420調節對應的所述相機410的豎直位置或水平位置。

9、在本發明的一個實施例中，模擬地轉偏向力的柱狀水槽實驗系統，還包括：支撐底座500，用于支撐所述偏轉支撐系統100；所述支撐底座500，包括：支撐柱510、水平支撐桿520、第二斜支撐桿530、第一軸承540和第二軸承550；其中，所述支撐柱510、所述水平支撐桿520和所述第二斜支撐桿530均設置有若干根，所述支撐柱510、所述水平支撐桿520和所述第二斜支撐桿530分別一一對應連接；所述第一軸承540分別連接若干根所述水平支撐桿520，所述第二軸承550分別連接若干根所述第二斜支撐桿530，所述偏轉電機110固定連接若干根所述水平支撐桿520，且所述傳動軸120分別同軸連接所述第一軸承540和所述第二軸承550。

10、本發明還提供了一種模擬地轉偏向力的柱狀水槽實驗系統的流場測量方法，用于上述的模擬地轉偏向力的柱狀水槽實驗系統，方法包括：

11、將鹽水溶液注入至柱狀水槽中，在注入完成后密封所述柱狀水槽；

12、將若干個半導體制冷片均設置為制冷模式，直至所述柱狀水槽內的鹽水溶液形成穩定的線性逆溫層；

13、設置若干個相機的安裝夾角，并在設置偏轉電機的角頻率后啟動所述偏轉電機以模擬地轉偏向力；

14、再將若干個半導體制冷片均設置為加熱模式，并設置光源；

15、啟動若干個相機，進行模擬地轉偏向力的柱狀水槽實驗系統的流場測量，得到若干組柱面流場測量圖像；

16、對若干組所述柱面流場測量圖像分別進行柱面反投影矯正，將矯正后的若干組所述柱面流場測量圖像按順序拼接，得到基于多相機拍攝的全景柱面流場測量圖像。

17、在本發明的一個實施例中，設置所述偏轉電機的角頻率，用于模擬不同緯度地區的地轉偏向力對城市氣象和熱島效應的影響。

18、與現有技術相比，本發明的有益效果在于：

19、本發明的模擬地轉偏向力的柱狀水槽實驗系統，將調溫系統和水槽實驗系統均設置于偏轉支撐系統上，通過半導體制冷片形成線性逆溫層以模擬熱島效應；同時使水槽實驗系統在偏轉電機的驅動下做同步轉動，通過轉動模擬地轉偏向力對城市氣象和熱島效應的影響，大大提高了城市內部的溫度和氣流分布模擬精度。

20、本發明的模擬地轉偏向力的柱狀水槽實驗系統的流場測量方法，操作十分方便，在上部的柱狀水槽形成穩定的線性逆溫層后，同步啟動下部的偏轉電機，使得上部的偏轉支撐系統與調溫系統共同做同步轉動，實現了在地轉偏向力影響下的城市氣象和熱島效應的可視化。

21、上述說明僅是本發明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發明的技術手段，而可依照說明書的內容予以實施，并且為了讓本發明的上述和其他目的、特征和優點能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實施例，并配合附圖，詳細說明如下。