圓柱紊態流場之技術探討

Translated title of the thesis: Investigation of velocity Measurement Technology in Turbulent Wake Over the circular cylinder
  • 石 昌隆

Student thesis: Master's Thesis

Abstract

在紊流流場量測中,一般來說在兩個特點上必須具備較高的反應頻率,一個是在時間上的解析,另一方面則是空間上的解析;而從另一個角度,就量測量測流場速度的方法而言,最常見的可分為侵入型量測法與非侵入型量測法。 於本研究中使用之熱線/熱膜測速儀(HWA/HFA)來做為侵入型量測的代表數據。以其具有於時間解析度高的優勢,除了可以量測一階統計量的紊流特性(x y 方向平均速度),也可以量測較為高階之紊流特性,如紊流強度,文末更使用了四階統計量 :峰態係數(Flatness或Kurtosis) 來決定圓柱尾流紊流場的尾流寬度。在熱線測速儀我們使用單熱線探針及交叉陣列熱線探針,熱膜測速儀部分則是使用裂膜探針。 研究中我們針對每種探針本身的能力及校正公式與計算方法去做了解。單熱線探針因其計算而得的結果為速率,使其在二維流場量測會失去其所代表之物理意義而失真,單熱線探針只適合量測單純的一維流場,而並不適合量測多維流場。交叉陣列熱線探針有其四分之一量測平面的限制,導致在量測上會有與自身假設產生矛盾的情況,若量測數據中,流向角度大於其量測平面的資料太多會使其失真。裂膜探針吾人利用其在於半平面量測的優勢,除了使用將其裂孔朝向流場主流向的?置法,可以量測比交叉陣列熱線探針更廣泛的截面之外,嘗試著使用另外一種?置法將裂孔垂直於流場,利用兩片薄膜的電壓差量測逆向流場,彌補現今侵入型量測於圓柱尾流迴流區的缺點,並討論其在角度內插上的面臨的問題與處理方法。最後總結每種探針的能力及其優缺點後依其特性搭配常態分佈的「68-95-99 7法則」繪出高可信度之熱線/熱膜測速儀資料篩選流程圖以篩選出較可信之實驗結果。 本研究中,除了使用了侵入型量測法量測,並搭配非侵入型流場量測數據 (PIV) 做比較與討論,藉由比較這兩種方法的量測結果,建立起高可信度之圓柱尾流紊流場的數據庫,並搭配峰態係數找出的尾流寬度,利用迴流區長度作為特徵長度,繪出在兩個雷諾數 ?Re?_d = 3856 9959下的圓柱尾流流場適用量測區域圖,讓日後的人可以在量測前先評估此處用何種儀器較為恰當與準確。
Date of Award2015 Jul 24
Original languageChinese
SupervisorKeh-Chin Chang (Supervisor)

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