湍流边界层多尺度结构热线与piv测量-1-天津大学姜楠

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1、2013年北航“流体力学实验技术与分析方法讲习班”TianjinUniversity湍流边界层多尺度结构热线与PIV测量第一讲报告人：姜楠天津大学机械工程学院力学系电话：022-27403347E-MAIL:nanj@tju.edu.cn中国·北京2013.08.22-27TianjinUniversity湍流是自然界和工程技术领域广泛存在的流体流动现象，同时也是自然科学和工程技术中尚未解决的一个难题。工程技术中的大量问题与湍流问题密切相关。TianjinUniversity湍流的发现雷诺圆管实验，1883年，英国曼彻斯特大学物理学

2、家奥本雷诺（OsborneReynolds）OsborneReynolds（1842－1912）TianjinUniversity1883年英国物理学家雷诺（Reynolds）由实验提出湍流这一基本流动形态层流LaminarFlow失稳instability转捩transition湍流TurbulentFlowTianjinUniversity湍流研究的意义虽然1883年英国物理学家雷诺（O.Reynolds）由实验提出湍流这一基本流动形态距今已经一百多年了，但其基本的机理和规律至今还不是完全清楚。开展湍流研究对于认识和改造自然，解

3、决众多工程技术难题，促进科学技术进步具有重大的意义。TianjinUniversity提纲几种常用的湍流测速技术湍流的典型特征尺度湍流的经典统计方法和主要统计量提取湍流拟序结构的条件采样与平均方法湍流边界层的多尺度性、拟序性和间歇性湍流边界层相干结构的空间拓扑特征TianjinUniversity几种常用的湍流测速技术I.毕托管测速技术(pitot-statictube)II.热线/热膜测速技术(HWA/HFA,Hot-wire/Hot-filmAnemometry)III.激光多普勒测速技术（LDA,LaserDopplerVel

4、ocimetry）IV.粒子图像测速技术（PIV,PaticleImageVelocimetry）1-1毕托管测速技术pitot-statictubeTianjinUniversity优点:(1)直观,原理简单(2)成本低,结实耐用(3)广泛用于流量监测缺点:(1)管径粗,空间分辨率低(2)动态响应慢(3)只能测量时均流速2ΔpΔpV==2RTρp1-2.热线/热膜测速技术TianjinUniversity(hot-wire/hot-filmanemometry)www.tsi.com/TianjinUniversityConsta

5、nttemperatureanemometerCTAII•3-channelStreamLinewithTri-axialwireprobe55P91http://www.dantecmt.com/TianjinUniversityHotFilmSensorTianjinUniversityPrincipleofoperationTianjinUniversityHotWireAnemometerTianjinUniversity热线测速的优势和不足优势：(1)测速范围宽~cm/s到超声速和高超声速。(2)高频响，高动态响应，是目前

6、唯一能够以湍流最小时间尺度—Kolmogrov耗散时间尺度的分辨率测量湍流的湍流测速仪器。(3)高空间分辨率，能够测量直径1mm的微小尺度湍流涡结构。(4)能够实现1、2、3个速度分量的高频响瞬时测量。(5)应用领域广。(6)操作简单，经过简单培训即可操作。不足：(1)空间点测量，不能实现速度空间分布的瞬时同步测量(2)接触式测量，探针对流场有干扰。TianjinUniversity热线测速的分类•从仪器电路划分：恒温式、恒流式、恒压式•从探针形式划分：单丝、双丝、三丝、多丝TianjinUniversityProbesTianji

7、nUniversityProbeCostExamplesSingleSensorProbesDoubleSensorProbesTripleSensorProbehttp://shop.dantecdynamics.comECE5320Mechatronics.Assignment#1SurveyonsensorsandactuatorsTianjinUniversityProbesConstantcurrentanemometerwithbuilt-inmicrocontroller(CCA-5)TianjinUniversity

8、TechnicaldataCurrentrange:0-300mAErrorincurrentsetting:0.1%0.1mATimetoswitchthehot-wirecurrent:15-20msecSensorResis