利用声学多普勒流速剖面仪进行网格湍流测量
流体动力学
2024-03-07 v1
摘要
本研究的动机是考察 Nortek Signature1000 声学多普勒流速剖面仪（ADCP）在细尺度湍流测量方面的能力与局限。相较于单点声学测量，流速剖面仪能够获得更连贯的测量数据，这一特性在实验室与现场应用中值得加以利用。该 ADCP 在拖曳水池中进行了测试，其中湍流由在受控条件下拖曳的网格产生。网格诱导湍流是一个被充分研究的现象，并且是各向同性湍流的良好近似。已有若干先前的实验可供比较，且该主题下存在成熟的理论。在本实验中，采用作为成熟湍流测量仪器的声学多普勒流速仪（ADV）对 ADCP 进行验证。结果发现，ADCP 测得的平均流与 ADV 相比误差在 4% 以内。当大尺寸网格杆以高速拖曳时，ADCP 对湍流方差的解析相当好，但在较低拖曳速度及较小网格杆情况下则被大幅高估。本文通过实验表征了有效截止频率与湍流涡尺度，从而为 ADCP 数据何时可信提供了详细准则，并使未来的实验者能够先验地判断 Nortek Signature 是否可用于其实验装置。我们得出结论：由于相对于湍流尺度的固有多普勒噪声以及较低的空间与时间采样分辨率，ADCP 不适用于解析小尺度网格诱导流中的湍流能谱。
引用
@article{arxiv.2111.10273,
title = {Grid turbulence measurements with an acoustic Doppler current profiler},
author = {Trygve. K. Løken and David Roger Lande-Sudall and Atle Jensen and Jean Rabault},
journal= {arXiv preprint arXiv:2111.10273},
year = {2024}
}