二维粒子图像测速实验中三维涡旋可测性分析

作者：陈槐; 朱立俊; 范红霞; 王建中; 王志寰

来源：水科学进展, 2017, 28(05): 738-744.

DOI：10.14042/j.cnki.32.1309.2017.05.011

• 粒子图像测速
• 直接数值模拟
• 涡旋
• 旋转强度
• Burgers涡
• 倾角
• 环量

现今二维粒子图像测速(PIV)广泛应用,为进一步提高PIV测量结果对紊流及水流和泥沙相互作用机理的理解,分析了二维PIV中三维涡旋的可测性。结合涡旋识别的旋转强度方法、坐标旋转定理和紊流经典Burgers涡模型,推导得出:二维PIV能否检测出三维涡旋,主要受涡旋环量和旋涡与测量平面之间的倾角两个因素影响,且仅当涡旋环量大于某一特定值(为倾角的函数)时,三维涡旋才可以被测量出。利用广泛使用的直接数值模拟(DNS)槽道紊流数据统计分析,得出了该条件下倾角和环量的相关曲线与拟合方程;结合环量概率密度累积分布可知,在常规二维PIV实验中,涡旋被测量出的概率越大,相应的倾角也越大,其中以90%、50%和10%的概率被测量出的三维涡旋与测量平面间分别呈20°、11°和5°的倾角。

• 单位
  水文水资源与水利工程科学国家重点实验室; 南京水利科学研究院