An experimental study of the generation of a single columnar vortex by using PIV and PTV techniques

本研究成功地藉由兩平板以相同攻角往相反方向運動，而產生一穩定的單一柱狀渦漩，其中心於慣性座標下能停滯不動達數分鐘之久。吾人利用流場顯像技術、粒子影像測速儀及粒子影像追蹤法，觀察並量測兩平板尾緣起始渦漩合併成單一渦漩之過程及其後續之演變。首先，吾人分別利用水槽底部染料釋放法及近液表面染料釋放法，觀察等強度與不等強度之雙渦漩合併的現象。當等強度渦漩合併時，發現其合併現象類似中國之太極圖案；而不等強度渦漩合併時，較弱的渦漩將被捲入較強的渦漩。在定量量測方面係利用PIV量測技術，吾人先以PTV技術驗證PIV之準確性，獲得選取PIV運算區域畫素多寡之準則。藉由PIV大區域流場量測之功能，吾人可直接於一量測平面上，得到整體渦漩流場之速度與渦度分佈之時序變化。同時利用所獲得之流場資訊計算出環流量、渦焓等物理量之逐時變化。無論在等強度與不等強度渦漩合併的情況下，渦漩整體的環流量緩慢的衰退。反觀總渦焓量的變化，可劃分成三個階段：在雙渦漩互繞時其渦焓量急速衰減；在合併階段則衰減趨於平緩；當合併成單一渦漩後，渦焓量之衰減又逐漸加劇。本研究將有助於吾人對仿生流力中渦漩演變之掌握及物理機制之探討。