双螺旋尾涡结构和内波实验研究

密度分层流体中物体统流的实验研究从六十年代中期起蓬勃开展起来。在1967年Mowbray和Rarity发表了三张纹影照片,但是没有涉及到尾涡结构。在这期间,不少学者研究了水平运动产生的内波,到了1977年Pao和Kao首先报导了用弱分层的方法揭示了在小Richardson数R_i=0.215和雷诺数Re=4×10~3～2×10~4情况下在均匀流中圆球的尾涡具有封闭末端双螺旋结构。Merzkirch和他的学生用光学技术得到清晰的内波波型照片,对圆柱垂直运动实验和理论结果作了比较。近些年来,稳定性研究和三维分离流动中流面分叉及涡构架研究有新进展。为了搞清楚密度分层流体中的尾涡结构、内波和尾涡的关系、内波产生的机理,在1983年我们建立了分层流水箱设备。从实验中我们发现:在低雷诺数Re≈10~2情况下,分层流体中圆柱绕流的尾涡具有双螺旋结构,双螺旋的二支以相反的方向连续地缠绕在一起。这与Pao和Kao水平运动圆球尾流中涡结构有类似的现象。在有倾角情况下,涡管在运动中发生变形。可以认为,实验结果有助于剪切流动现象的研究以及对湍流的发生、发展和衰变机制的进一步理解。 本实验使用直径D=20mm,长度70mm的不锈钢圆柱模型,该模型水平地悬挂在分层流水箱框架中的带有滚珠轴承滑块上。圆柱与水平轴成45°和90°倾角向上和向下被拖着