叶片圆盘驱动的冯·卡门旋流中扭矩的精确测量

对由反向旋转叶片圆盘驱动的旋流湍流中扭矩的审慎测量与详细数据分析，揭示出对相似律的明显违背。此类违背可能源于若干因素，包括对其他无量纲数（而非 $Re$）的依赖性，或速度与其他场（如温度）的耦合。然而，实验的精心重新设计与校准表明，这一意外结果源于由微小不对准引起的背景误差，其在低转速下导致噪声大且不可复现的扭矩信号，并妨碍了通常归于摩擦损耗的正确背景扣除。一个重要的教训是，多个微小不对准可非线性耦合至扭矩信号，并产生无法通过平均去除的直流偏移。该偏移可导致观测到的摩擦系数 C_f 偏离其在湍流区观察到的常数值。为最小化摩擦与不对准，我们显著改进了实验装置，并使用单个叶片圆盘开展实验，其中圆盘、扭矩计与电机轴轴线能以显著更小的误差（接近扭矩计分辨率）对齐。据此，我们对多种不同黏度的水-甘油溶液在低转速下产生的小扭矩进行了高分辨率与高灵敏度的精确测量，并在宽 $Re$ 范围（特别是低黏度流体中）确认了相似律。