1引言 混合层流动是典型的自由剪切流动,它具有多种流动现象的共同特性。平面射流作为剪 切流的一种模型流动,其中的拟序结构一直是拟序结构领域研究的热点之一-。两层不同 速度的两股气流之间的二维自由混合层的剪切流动现象,是最简单的剪切湍流模型。矩形喷 嘴产生矩形射流的装置,就是一种简单、高效的拟序结构静态激励控制方式-。 众所周知,平面混合层由于 Kelvin- Helmholtz不稳定性而诱发成二维展向涡。螺旋涡作 为另一种大尺度流向旋涡结构,在低速圆射流的数值以及实验研究中都有发现。通过流动 显示,大尺度螺旋涡也在平面混合层中发现。本文主要通过流动显示以及动态测量技术,对 平面对称剪切流中螺旋涡的拓扑结构,频率、波数及波速进行定性与定量分析。 2实验装置及测量 Lateral Tunnell M Middle tunne 250 图1平面对称剪切流实验装置 Fig. l Sketch of facilities of planar symmetric shear flows 本文平面剪切流实验的主要装置,由三个流道组成,如图1所示。内,外喷管的所有高 度均为410mm,宽度分别为35mm、42.5m。内喷嘴的收缩曲线采用维拖辛斯(vi- toxinsky) 曲线确定;收缩段的长径比为15.7:1,面积收缩比为11.4:1。内喷嘴的外轮廓曲线和两侧 外喷嘴的内收缩曲线采用五次多项式曲线生成,长度为550mm。外喷管入口段宽度达到700 mm,内喷管入口段宽度为400皿。曲线入口和出口处的倒导数接近零。主射抽吸流气源由 个离心式鼓风机提供,风机离喷管截面出口约9米,由此风机的影响可以被忽略。根据矩形 喷管内气流的速度方向,可以生成同向和反向的平面对称剪切流。速度并经过六道金属阻尼 网(200日)进入收缩段,阻尼网总长度为250mm 1.激光器2.激光束3.柱面透镜4激光面5.剪切流生成装置6.固定探头7.运动探头 图2流动显示装置示意图 Fig. 2. Sketch of flow visualization setting 图2流动显示示意图。流动显示采用在沿喷口展向布置电热丝,射流带动电热丝上的烟 线进入实验段,可标记出三维的流场图样,由激光器射出的激光束经半柱面透形成片光源, 在激光面上可以观察到流场的这一截面,通过摄像机摄录获取连续图像。1 引言 混合层流动是典型的自由剪切流动，它具有多种流动现象的共同特性。平面射流作为剪 切流的一种模型流动，其中的拟序结构一直是拟序结构领域研究的热点之一[1-3]。两层不同 速度的两股气流之间的二维自由混合层的剪切流动现象，是最简单的剪切湍流模型。矩形喷 嘴产生矩形射流的装置，就是一种简单、高效的拟序结构静态激励控制方式[4-8]。 众所周知，平面混合层由于 Kelvin-Helmholtz 不稳定性而诱发成二维展向涡。螺旋涡作 为另一种大尺度流向旋涡结构，在低速圆射流的数值以及实验研究中都有发现[9]。通过流动 显示，大尺度螺旋涡也在平面混合层中发现。本文主要通过流动显示以及动态测量技术，对 平面对称剪切流中螺旋涡的拓扑结构，频率、波数及波速进行定性与定量分析。 2 实验装置及测量 图 1 平面对称剪切流实验装置 Fig.1 Sketch of facilities of planar symmetric shear flows 本文平面剪切流实验的主要装置，由三个流道组成，如图 1 所示。内，外喷管的所有高 度均为 410 mm，宽度分别为 35 mm、42.5 mm。内喷嘴的收缩曲线采用维拖辛斯（Vi-toxinsky） 曲线确定；收缩段的长径比为 15.7:1，面积收缩比为 11.4:1。内喷嘴的外轮廓曲线和两侧 外喷嘴的内收缩曲线采用五次多项式曲线生成，长度为 550 mm。外喷管入口段宽度达到 700 mm,内喷管入口段宽度为 400 mm。曲线入口和出口处的倒导数接近零。主射抽吸流气源由三 个离心式鼓风机提供，风机离喷管截面出口约 9 米，由此风机的影响可以被忽略。根据矩形 喷管内气流的速度方向，可以生成同向和反向的平面对称剪切流。速度并经过六道金属阻尼 网（200 目）进入收缩段，阻尼网总长度为 250 mm。 图 2 流动显示装置示意图 Fig.2. Sketch of flow visualization setting 图 2 流动显示示意图。流动显示采用在沿喷口展向布置电热丝，射流带动电热丝上的烟 线进入实验段，可标记出三维的流场图样，由激光器射出的激光束经半柱面透形成片光源， 在激光面上可以观察到流场的这一截面，通过摄像机摄录获取连续图像