1.      概述

旋涡是复杂流场中比较常见，也是有代表性的流动状态。在化学工程中旋涡搅拌器更是重要的工程设备。本实验涉及LDV使用中遇到的两个重要问题。

A.     液流测量问题。由于液体和气体的密度和折射率不同，当激光束透过气液界面时光束会发生偏折，双光束的相交性会发生问题，必须满足一定的条件和要求，如液体容器壁面必须厚度均匀、平整、透明，双光束必须对称入射等（见图1 和图2 中的介绍）。

              图1， 液体折射率对LDV测量的影响（1） 

图2， 液体折射率对LDV测量的影响（2）

    对于圆形壁面的搅拌器模型，可以在外面加一个具有平面壁面的水套来解决（见图3）。

        图3. 附加平面水套补偿圆管曲率的实验模型

B.      二维流速分布测量问题

旋流搅拌器的流场速度分布以旋转切向流为核心，叠加径向流与轴向流，并形成典型的中心涡核与近壁高剪切区。切向速度近轴以剛体旋转，外围为准自由涡（形成Rankine涡），速度沿径向先增后减。轴向速度由桨叶区向下沿径向到壁面向上形成反向回流。此外，还有径向速度，与轴向速度形成回流。对于二维LDV，一般可以测量切向和轴向二维速度。径向速度则需要三维LDV和设计一种共轴型二维LDV才能测到。

图4. 旋涡的切向速度分布

    图 4 已经调准好的二维LDV系统测量旋流搅拌器流场

2.      实验装置与步骤

图5 是二维LDV测量实验装置。二维LDV系统安装在一台三维坐标架上，

可以对模型做径向和垂直方向移动，从而可测量流动的切向和轴方向速度，因为二维LDV具有频移功能，可以判别速度的正负和旋涡中心的零速度点。同时，垂直平面中也可以测得存在两个回流涡。

图5 二维LDV测量旋流搅拌器模型速度分布

3.      实验报告要求

A.     总结二维实验设备安装调试过程的心得和体会。

B.      绘出旋流涡流场的切向速度和轴向速度分布。