湍流的现代实验研究方法作者：徐 斌来源：《沿海企业与科技》2009年第09期 [摘要]湍流是一种高度复杂的三维非稳态、带旋转的不规则流动，其复杂性使得其研究工作进展缓慢。随着现代电子计算机技术和实验测量方法的进展，湍流的实验研究方法取得了重大进展。文章简要介绍在热能工程领域使用热线热膜风速仪、激光多普勒风速仪、相位多普勒风速仪和粒子图像测速仪等测量技术对湍流进行测量和研究的应用。 [关键词]湍流；实验研究；热能工程
[作者简介]徐斌，广东省电力设计研究院，广东广州，510663
[中图分类号]TP27
[文献标识码]A
[文章编号]1007-7723(2009)09-0013-0003
一、前言无触点开关
描图纸
湍流是一种高度复杂的三维非稳态、带旋转的不规则流动，其各种物理参数都随时间与空间随机变化。从物理结构上说，可把湍流看成是由各种不同尺度的涡旋叠合而成的流动，这些旋涡的大小及旋转轴的方向分布是随机的。流体内部共尺度涡旋的随机运动构成了湍流的一个重要特点：物理量的脉动。
对湍流的研究已超过一百年了，人们发展出了如统计理论、边界层计算理论等多种湍流基础理论。但因为湍流物理量的脉动特性，过去通过实验只能测得其时均值，无法测得其脉动值，所以人们至今未能掌握湍流的基本机理。
随着现代电子计算机技术和实验测量方法的进展，湍流的实验研究得到了重大进展。特别是热线热膜风速仪、激光多普勒风速仪、相位多普勒风速仪和粒子图像测速仪等测量技术的应用，使得测量湍流流动中各物理量的脉动值成为可能。这些先进的湍流实验研究方法，不仅被用于湍流基础理论研究，也被大量应用在工程领域的湍流流动测量，能更好地解决工程实际问题。
本文简要介绍热线热膜风速仪、激光多普勒风速仪、相位多普勒风速仪和粒子图像测速仪四种湍流实验仪器的原理及其在热能工程领域对于湍流测量和研究的应用。
二、热线热膜风速仪(HWFA)
热线或热膜风速仪的敏感元件是一根细金属丝探针或敷于玻璃材料支架上的一层金属薄膜元件。其工作原理是将此探针或热膜元件置于流体介质内，用电加热，使其温度高于流体介质温度而产生热交换，利用此热交换率的大小，就可以求出被测对象的速度、温度甚至浓度的平均值和脉动值。
经过多年发展，采用数字化分析方法的现代恒温式热线热膜风速仪测量得到了广泛应用，可以准确测量湍流空间某点的平均速度、湍流度、脉动速度的均方根、雷诺应力、偏斜因子、平坦因子间歇因子、两点间的速度相关和时间相关、流体的温度等。其工作原理是在电路上保持热线的电阻恒定，即热线的温度保持恒定。这时通过测量热线的电流(即其两端的电压)随流场的速度的变化值，用电子计算机按一定要求的采样速度，把流场内连续的随机信号用A/D转换器变成离散的数字信号，然后用某些算法来加工处理，便可测量出流场的速度值。其优点是：(1)适用范围广，可用于气体或液体；(2)可测量平均速度、脉动
厕所除臭机值和湍流量；(3)可同时测量多个方向的速度分量；(4)频率响应高；(5)测量精度高。但其缺点为：(1)取笔为接触式测量，探针会对被测流场流动产生一定扰动；(2)测量时必须保证流体流动方向在探针前一定的角度内；(3)如果流动方向与探针测量方向相反，无法测量；(4)测量前要对热线热膜风速仪进行校准。 柱层析
哈尔滨工业大学的秦裕琨、张泽等采用热线风速仪，在四角切圆燃烧的流场中，改变水平浓淡风煤粉燃烧器的侧二次风与一次风动量比，对射流的刚性及湍流特性调节进行了详细的试验研究，并分析了其稳燃及防水冷壁高温腐蚀机理，得到了最佳的侧二次风与一次风的动量比范围。
哈尔滨工业大学的秦裕琨、孙锐等采用一维热膜风速仪对径向浓淡旋流煤粉燃烧器单相冷态湍流流场进行了试验研究，测量了脉动速度均方根、湍流度、平坦因子和偏斜因子在流场内的分布，得到了新型旋流燃烧器气流湍流特性参数的分布规律，用于研究径向浓淡旋流煤粉燃烧器的燃烧特性。 废油再生
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