钝体绕流流动的可视化

1. 制备连续的气泡膜：

1. 根据图3所示的电路图设置设备。
2. 将正极电极固定在测试段下游端的水中（参见图4参考）。
3. 将负极电极置于上游靠近关注点的位置，以便在水流到达研究对象之前将气泡释放到流场中（参见图4参考）。水体在两个电极之间形成电路通路。
4. 启动流动装置
5. 将频率控制器的旋钮调至位置2，此时流量约为9×10^-4 m³/s。
6. 开启直流电源，并将电压升至约25 V，电流将自动稳定在约190 mA。
7. 将信号发生器的波形设置为方波（符号：）。该设置产生一个0 V - 5 V的方波信号，在高电平时激活固态继电器（闭合电路），在低电平时断开电路。
8. 对于本特定情况，方波的频率并不重要，只需非零即可。
9. 将信号发生器的直流偏置调至最大（+5 V）。在此设置下，电路始终闭合，系统持续产生气泡。

图3. 连接示意图。

图 4. 测试段。流动方向从左至右。负极产生一层氢气泡，并随流动被带走。正极设置在测试段的下游端，以避免其干扰。请点击此处查看此图的放大版本。

2. 生成时间线：

1. 启动流动装置
2. 将频率控制器的旋钮调至位置 2，此时流速约为 9×10^-4 m³/s。
3. 打开直流电源，将电压升至约 25 V，电流将自动稳定在约 190 mA。
4. 将信号发生器的波形设置为方波（符号：），以产生 0 V - 5 V 的方波信号，高电平时激活固态继电器（闭合电路），低电平时关闭继电器（断开电路）
5. 将信号发生器的直流偏置设置为 +1 V。
6. 将信号发生器中方波的频率设置为 10 Hz。
7. 将方波的对称性略微调为负值（-2），以在保持正确频率的同时增加时间线之间的间隔。

3. 利用流线研究冯·卡门涡街：

1. 使用卡尺测量圆柱杆的直径，测量时采用国际单位制（m）。
2. 将一根圆柱形杆固定在负极下游位置。
3. 将高强度放电灯的光线投射到氢气泡层上。确保光源不直接位于视线上游，以避免成像系统过饱和。
4. 调整可视化系统与圆柱杆对齐，使摄像机前方仅能看到其圆形端面。
5. 在可视化窗口内且位于圆柱杆下游处添加一个标记，作为单位时间内计数涡旋脱落周期的参考点。

4. 圆柱绕流的数据分析：

1. 确定从机器单位到实际空间单位的转换系数：
   1. 测量杆在气泡板上投射的阴影宽度（参见图2(A)作为参考）。应在杆的位置直接进行测量，以避免因距离导致的畸变。此值即为以机器单位表示的杆直径，（单位为点或像素，取决于格式）
   2. 使用以下公式确定从机器单位到实际单位的转换系数：
      
2. 流速的测定：
   1. 选择钝体上游一组未发生畸变的时间线。
   2. 以机器单位测量该组中第一条与最后一条时间线之间的距离，（单位为点或像素）。
   3. 记录该组中时间线的数量，。
   4. 记录信号发生器输出的方波信号频率，。
   5. 根据以下公式确定来流速度：
      
3. 雷诺数的测定：
   1. 查找工作流体的运动粘度（例如水 m²/s）。
   2. 使用公式(1)计算雷诺数。其中，采用步骤3.1中测得的杆直径（），由公式(5)确定的来流速度（），以及步骤4.3.1中确定的运动粘度。
4. 斯特劳哈尔数的测定：杆后尾流中的涡旋运动速度与自由流中的时间线速度不同，因此需要独立估算涡旋脱落频率。
   1. 在杆下游定义一个固定的参考位置。该参考可以是附着在风洞外壁的一根细线，也可以是在流动过程视频中添加的一条数字线。
   2. 在给定时间段 内，统计穿过该参考位置的涡旋脱落周期数 。一个涡旋脱落周期如图2(A)所示。
   3. 根据以下公式计算脱落频率：
      
   4. 将公式(5)和(6)的结果代入公式(2)，计算斯特劳哈尔数。