拉格朗日粒子跟踪测速技术研究水下振荡重球摆的漩涡屏障拓扑结构

2023/04/10   下载量： 0 次

方案摘要

方案下载
应用领域 航空航天
检测样本 航空
检测项目
参考标准 无

使用时间分辨三维颗粒轨迹测速术(tr-3-D-PTV)研究在密度流体中振荡的重质量摆的涡 shedding 拓扑结构。实验系列涉及八个不同的固体到流体质量比 m∗ 在[1.14,14.95]范围内，并对应雷诺数高达Re∼O(104)。摆的振荡周期严重依赖于m∗。幅度衰减和振荡频率之间的关系是非单调的，在m∗≈2.50时有最佳阻尼效果。此外，实现了一种使用涡量幅值等值面的数字物体跟踪(DOT)方法来分析涡旋结构。对于各种质量比 m∗，观察到类似的涡 shedding 拓扑结构。我们的观察结果表明，首先，在摆的尾迹中形成了一个涡环。不久之后，初始涡环分解成两个明显可区分的大小相似的结构。其中一个涡旋留在摆的圆形路径上，而另一个涡旋则分离、向下传播，并最终消散。第一个涡旋的 shedding 时间和其初始传播速度取决于 m∗ 和球形重物赋予的动量。研究结果还表明，在 Strouhal 数基础上的理论涡 shedding 时间尺度与实验确定的涡 shedding 频率有很好的一致性。

方案下载
配置单
方案详情

1605年，伽利略·伽利莱进行了第一次已知的摆动运动研究，并发现了摆动的周期保持不变。自那时以来，摆钟、弹道摆、地震仪、节拍器、黏度计和高层建筑的质量减震器等技术应用中都广泛使用了摆。此外，摆也是一种“教育经典”和研究振动运动概念的标准装置，从无阻尼情况和简谐运动开始（Mongelli和Battista 2020）。物理摆在流体流动和流体-结构相互作用研究中也有悠久的传统，包括增加质量和流体摩擦等概念。

Williamson＆Govardhan（1997）和Govardhan＆Williamson（1997, 2005）通过测量均匀流中类似于摆的系球的运动，对理解涡诱导振动做出了重要贡献。他们发现三种不同的振幅和频率响应模式，导致升力和阻力力的显着波动。与静止球的阻力测量相比，球的振动几乎使阻力翻了一倍。此外，他们指出了理解尾迹和涡动力学对解释响应现象的重要性，并强调进行流体可视化对于解决这个问题的重要性（Williamson＆Govardhan 1997）。近年来，流量测量技术的进展，特别是激光光学流量可视化，已经促使研究人员重新进行实验研究，以帮助更好地理解基本物理学。例如，van Hout，Krakovich＆Gottlieb（2010），Eshbal，Krakovich＆van Hout（2012）和Krakovich，Eshbal＆van Hout（2013）使用粒子图像测速仪（PIV）密集地研究了均匀流中系球尾迹中的涡脱落。随着向三维（3-D）流场可视化的发展，van Hout等人（2018, 2022），Eshbal等人（2019a,b）和Kovalev，Eshbal＆van Hout（2022）对系球在均匀流中的静止、运动自由的状态下进行了层析 PIV（tomo-PIV）测量。他们的发现扩展了我们对湍流边界层中流体结构相互作用和涡诱振相关的涡 shedding 行为的认识，并指出了三维流场测量的相关性。Crane 等人 (2022) 使用 tomo-PIV 方法研究了悬臂圆柱的涡 shedding 拓扑结构。然而，tomo-PIV 存在计算成本高和依赖于空间平均交叉相关的缺点，这会使速度梯度变得平滑 (Schanz, Gesemann & Schröder 2016)。因此，基于拉格朗日粒子追踪的方法，通常称为粒子跟踪测速技术 (PTV)，变得更加流行 (Raffel 等人，2018)。如今，基于时间分辨率的三维粒子跟踪测速 (tr-3-D-PTV) 是三维流动测量中最先进的方法之一，并已证明其用于识别和可视化连续流结构和涡动力学的效用 (Schobesberger 等人，2022)。


上一篇 在一个双稳湍流涡旋火焰中，对间歇性动态的时间-频率定位
下一篇 3D拉格朗日粒子追踪测速

文献贡献者

北京欧兰科技发展有限公司
金牌会员 丨 第17年
查看全部资料
相关仪器 更多
相关方案
更多

相关产品

当前位置： 欧兰科技 方案 拉格朗日粒子跟踪测速技术研究水下振荡重球摆的漩涡屏障拓扑结构

关注

拨打电话

留言咨询