流动测试技术概述

Engineering: determine parameters in turbulence mode； develop，extend, refine models ； investigate model limits
Theoretical fluid mechanics：verify model predictions；verify theoretical prediction，verify new concepts
3. 大雷诺数。只有在大雷诺数下才出现湍流。
4. 涡旋性。充斥大大小小的涡，以高频扰动涡为主要特征
5. 耗散性。分子粘性耗散能量，平均动能供给。耗散系统。
6. 连续性。满足连续性介质方程，N－S方程
7. 动特性依赖于边界条件。湍流边界层和尾迹流，工程上没有统 一的模式处理，但其本质是普适的，寻找它正是湍流研究的中心 任务。
第一章 现代流动测试技术概述
1.1 流动测试技术的基本概念
测试是具有试验性质的测量，是以确定被测对象属性值为目的的探索性 认识过程，具有探索、分析和研究的特征
测试技术是实验科学的一部分
（1）研究各种物理量的测量原理 （2）研究分析处理所测量信号的方法
测试技术是进行各种科学实验研究和生产过程参数测量必不可少的手段。
Conceptual ideas: search for new ideas
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1.3流体流动信号的特征
一、层流和湍流的2种形态：
1883年雷诺的流动可视化实验：水平管道的水流中引入有色液体 或染料显示流动，观察到由层流到时湍流的现象，推动了相似定律 Baidu Nhomakorabea雷诺数概念的提出。
流体测试技术发展的历史也是流体测量仪器的发展历史， 尤其是对于紊流瞬时流场的测量问题。
探索准确、全面获取流体运动信息的测试技术
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1.2 流动测试技术的研究意义
（1）推动相关学科的发展：的实验技术和实验手段出现后，观察到 新现象，了解新机理，推动学科发展，产生新学科分支。
Turbulent motion is 3D, vortical, and diffusive governing NavierStokes equations are very hard(or impossible) to solve.
Measurements are difficult
Industrial: investigate technical problems; check technical specifications；verify performance，improve performance
➢ 传感器将被测物理量（如压力、速度、噪声、温度及其导出物理量）检出 并转换为电量
➢ 中间变换装置对接收到的电信号用硬件电路进行分析处理或经过A/D变换 后用软件进行信号分析
➢ 显示装置将测量结果显示出来，提供给观察者。 信号分析方法：以傅里叶分析为主
涉及的理论：概率论与随机过程理论、分形理论、小波理论等
基本运动数学物理方程的建立和分析
现场实体观测
物理比尺模型试验
物理模型数值计算
物理模型与数学模型相互耦合的交叉模型试验
实际的流动现象极为复杂，如多相流体，无法用定量的理论 分析，数学模型在边界条件、初始条件和参数的确定、三维 问题等方面存在众多困难，实验研究仍是解决多数流体测量 问题的主要方法。
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8. 记忆特性。 在不同时刻不同空间上是互相关联的
9. 间歇特性。 湍流中某些高阶物理量并不在空间的每一个点都存 在；边界层边缘的情况
10. 猝发与拟序结构。 湍流中的某些涡量凝结的团，相干结构， 猝发现象。无序（随机）中叠加有序（拟序涡)
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1.3 流体流动信号的特征 二、湍流特性
流体测试技术概念：研究流体流动的测量原理及测试信号分析方法的学 科，是一门综合性很强的工程应用学科
介绍最新发展的流动测试技术及流动信号分析理论和方法（傅里叶分析、 小波分析等）：
（1）流动测量（flow measurement)：获得流体传输的定量信息，主 要包括流速、浓度、流量等流动参数
（2）流动显示（flow visualization）：将流体流动状况的物理现象， 用特定设备（摄像头、片光源、示踪剂、计算机）等方法显示出来，进行 定性或定量分析，给出物理解释。
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1.1 流动测试技术的基本概念
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1.1 流动测试技术的基本概念
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流动测试技术的基本概念
测试系统的基本组成 一般说来，测试系统由传感器、中间变换装置和显示记录装置三部分组成
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1.3 流体流动信号的特征
一、层流和湍流的2种形态：
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1.3 流体流动信号的特征
二、湍流特性
1. 不规则性或随机性。不可预测，
用统计的方法
2. 扩散性。湍流传热、传质和阻力（动量传递）与湍流的扩散有 关
（2）从应用的对象，部门和行业： 应用广泛：跨学科、跨行业、跨 部门的物理 现象
（3）解决流体力学及流体工程中的关键问题：
Almost all industrial flows are turbulent.
Almost all naturally occurring flows on earth, in oceans, and atmosphere are turbulent.
特征参数：时均值、脉动量均方根值；由自相关、互相关函数导出的时间尺度 和积分长度、分维数、多重分形谱、时频谱分析等
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1.2 流动测试技术的研究意义
流动测试技术的研究方法主要概括为以下几种：
直观物理现象观察分析
基本物理特性的样本试验和局部试验