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作者与机构
本研究由Robert Muyshondt（德州农工大学机械工程系）、Thien Nguyen和Y.A. Hassan（德州农工大学核工程系）以及N.K. Anand（德州农工大学机械工程系）合作完成，发表于2021年6月的《Journal of Fluids Engineering》（DOI: 10.1115⁄1.4049936）。
学术背景
研究聚焦于流体力学领域，具体探讨亚临界雷诺数（subcritical Reynolds numbers）下球体尾流（wake of a sphere）的流动现象与涡旋结构。球体绕流问题因其在工程（如颗粒输运、空气动力学）和基础研究（如湍流模型验证）中的重要性被广泛研究。前人工作表明，雷诺数（Re）在20至3×10^5范围内，球体尾流会经历层流、对称涡脱落、非对称湍流等复杂转变。然而，Re=850-1700区间内尾流的三维结构、能量分布及涡旋演化机制尚不明确。本研究旨在通过高分辨率时间解析立体粒子图像测速技术（time-resolved stereoscopic particle image velocimetry, TR-SPIV），填补这一空白，并为计算流体力学（CFD）代码验证提供实验数据。
研究流程与方法
1. 实验装置与参数
- 水循环系统：采用内径140 mm的透明丙烯酸测试段，球体直径D=31.75 mm，阻塞比5.2%。球体通过上游铝蜂窝结构支撑，减少尾流干扰。
- 雷诺数设置：通过调节流速，研究Re=850、1250、1700三种工况，对应自由流速v₀=0.024、0.035、0.047 m/s。
- TR-SPIV系统：
- 硬件：两台Phantom Miro高速CMOS相机（分辨率1280×800像素），20 W连续波激光器（532 nm波长），10 μm空心玻璃示踪粒子。
- 算法：采用自主研发的PIV处理代码，基于鲁棒相位相关（robust phase correlation, RPC）算法，减少高剪切流场的峰值锁定误差；通过多网格迭代（64×64至32×32像素窗口）和亚像素高斯拟合提升精度。