变密度湍流隧道装置

位于德国哥廷根马克斯·普朗克动力学与自组织研究所的变密度湍流隧道（VDTT）在中等流速、低功耗以及可调运动粘度（介于 $10^{-4} m^2/s$ 和 $10^{-7} m^2/s$ 之间）的条件下产生非常高的湍流水平。雷诺数可以通过改变气体的压力或流量，或通过使用包括空气在内的不同不可燃气体来改变。最高的运动粘度，从而最低的雷诺数，是在 0.1 bar 下使用空气或氮气达到的。为了达到最高的雷诺数，该隧道使用高密度气体六氟化硫（SF$_6$）加压至 15 bar。湍流在两个测量段的上游端通过网格产生，并随着湍流沿测量段长度向下移动观察其演化。我们描述了目前运行中的仪器设备，包括隧道本身、经典网格湍流发生器以及由普林斯顿大学提供的最先进的纳米加工热线风速仪 [Vallikivi et al. (2011) Exp. Fluids 51, 1521]。我们报告了高达 Taylor 雷诺数 $R_\lambda \approx 1600$ 的流动特征尺度和湍流谱的测量结果，这高于任何其他网格湍流实验。我们还描述了正在开发中的仪器设备，包括一个主动网格和一个随平均流沿隧道长度向下移动的拉格朗日粒子跟踪系统。在这种配置下，湍流的特性是可调的，并且其结构在高达 $R_\lambda \approx 8000$ 的范围内是可分辨的。