泳池中盘制漩涡对的形成与稳定

作者：王盟航; 王志铖; 李鹏

来源：物理与工程, 2018, 28(03): 91-99.

• 漩涡成因
• 漩涡对
• 漩涡U形涡管稳定模型
• 漩涡数值模拟
• PIV实验

在游泳池中,当推动一部分浸入水中的圆盘沿其法线方向运动时,一对漩涡将会在泳池表面形成并且持续运动较长时间。整个漩涡的现象将被分为3部分来探究:漩涡形成阶段、漩涡U形涡管稳定模型和漩涡存在特点。研究过程使用模拟软件Fluent和Matlab确定漩涡形成阶段的理论模型。实验方面,我们应用PIV(粒子示踪设备,particle image velocimetry)和Mathematica对漩涡的模式进行分析;理论方面,通过推广毕奥萨伐定律,我们将漩涡对的速度场类比于半圆形通电导线产生的磁场。同时,我们制作并应用了由步进电动机和电磁继电器组成的机械手臂定量控制实验的变量,以提高实验的精度。最终,本文总结了漩涡形成模型、U形涡管稳定模型和存在特点。