LDA应用方法 激光多普勒风速仪在流体动力学中的应用PDF电子书下载

第1章 引言 1

1.1 流动及流动测量 1

1.2 常规的流动测量方法 1

1.3 激光方法和激光多普勒风速仪（LDA） 2

1.3.1 LDA基本原理和仪器的发展 3

1.3.2 LDA应用方法的发展 4

1.4 针对性流动测量与合理的测量评估 6

1.5 本书的目的 7

第2章 关于工程湍流的描述 8

2.1 湍流流动特征 8

2.1.1 流动湍流的统计学知识 8

2.1.2 各向同性和各向异性湍流 10

2.2 雷诺湍流应力 11

第3章 LDA原理和激光光学系统 13

3.1 光波及其传播 13

3.2 多普勒效应 15

3.3 两个平面光波的叠加 17

3.4 LDA原理 19

3.5 光干涉条纹模型 21

3.6 确定流动方向的频移法 23

3.6.1 干涉条纹移动速度 24

3.7 高斯光束特性 25

3.7.1 高斯光束的几何特性 25

3.7.2 高斯光束的传输性能 27

3.8 测量体的尺寸 28

第4章 LDA测量系统 30

4.1 硬件和光学系统构成 30

4.2 LDA测量体的技术指标 32

第5章 LDA测量中的基本数据处理方法 35

5.1 平均速度及速度脉动的直接数据处理 35

5.2 平均速度与速度脉动的加权条件 38

第6章 速度与湍流应力的线性变换 40

6.1 正交线性变换 40

6.1.1 速度变换 40

6.1.2 湍流应力变换 41

6.1.3 湍流应力的定向分布 42

6.2 非正交变换 46

6.2.1 速度变换 47

6.2.2 湍流应力变换 47

6.3 湍流应力的图形表示 49

6.3.1 湍流度分布的椭圆形式 49

6.3.2 湍流应力在莫尔应力圆中的表示 50

第7章 示踪粒子和粒子运动方程 52

7.1 流动粒子受到的实际作用力 53

7.1.1 黏性阻力 53

7.1.2 重力和升力 54

7.1.3 压力 54

7.1.4 附加质量产生的作用力 55

7.2 粒子运动方程 56

7.3 恒速直线流动中的粒子运动 56

7.4 喷管和扩散器内的粒子运动 57

7.4.1 喷管内的流动 59

7.4.2 扩散器内的流动 61

7.5 振荡流动中的粒子运动 62

7.5.1 Stokes数较小时的粒子流动 66

7.5.2 Stokes数较大时的粒子流动 67

第8章 零相关法（ZCM） 68

8.1 非同步LDA的剪切应力测量 68

8.2 零相关法基础 69

8.3 零相关法的拓展 71

8.3.1 非正交速度分量 71

8.3.2 三维流动湍流度 71

8.4 零相关法（ZCM）的限制及验证 72

第9章 双测量法（DMM） 75

9.1 分辨二次流的可能性 75

9.2 双测量法的基本形式 76

9.3 双测量法的坐标变换 80

9.4 双测量法的拓展 82

9.4.1 分量的直接测量 82

9.4.2 坐标变换的方法 85

第10章 三维速度对称测量法 87

第11章 非定常湍流 90

11.1 实际的非定常湍流 90

11.2 时间分辨的非定常湍流 92

11.2.1 最小二乘线性拟合 92

11.2.2 速度的线性趋势及其计算方法 93

11.2.3 时间相关的流动湍流度 95

11.3 相位分辨的非定常湍流 97

11.3.1 最小二乘线性拟合 98

11.3.2 速度的线性趋势及其计算方法 99

11.3.3 相位相关的流动湍流度 100

第12章 具有空间速度梯度的湍流 102

12.1 表观湍流度及其相关量 104

12.2 速度偏差的组合效应 107

12.2.1 平均速度 108

12.2.2 湍流法向应力 109

12.3 非均匀速度分布的求解方法 111

第13章 平面视窗后的同轴流动测量 113

13.1 条纹间距 113

13.2 测量体的移动 114

13.3 光学色散及其可忽略的影响 115

第14章 平面视窗后的离轴流动测量 116

14.1 离轴测量与速度变换 117

14.2 测量体的条纹间距与速度修正 118

14.3 光轴折射与测量体的定位 119

14.4 测量体的二维移动 120

14.5 像散及其在光学发散系统中的存在 122

14.6 聚焦激光束产生的散光 126

14.6.1 聚焦激光束的一次性折射 126

14.6.2 聚焦激光束的多重折射 130

14.7 测量体及其畸变 132

14.7.1 激光束的单次折射 133

14.7.2 激光束的多重折射 133

14.7.3 LDA同轴对准时的像散 135

14.8 信号质量及其与透镜的相关性 135

14.8.1 信号质量与强度的恶化 135

14.8.2 信号质量与强度对透镜的依赖性 136

14.9 测量体构成中的误差敏感度 138

14.9.1 试验介质中的光束分离 138

14.9.2 多重折射后的光束分离 143

14.9.3 对PDA测量的潜在影响 143

14.10 像散的补偿方法 144

第15章 圆管中的流动测量 148

15.1 轴向速度测量 150

15.2 切向速度测量 152

15.2.1 基本几何关系 153

15.2.2 计算的简化 153

15.2.3 条纹间距及速度修正 154

15.3 径向速度测量 155

15.3.1 测量体的精确定位 155

15.3.2 激光束的交会角 159

15.3.3 条纹间距与速度修正 160

15.3.4 测量体的定向 160

15.3.5 径向速度的测定 161

15.3.6 方法说明 161

15.4 光学偏差和测量体的畸变 162

15.4.1 发射与接收光学组件的光学偏差 162

15.4.2 激光束腰部与测量体的位错 164

第16章 条纹畸变效应 169

16.1 条纹间距的纵向线性分布 170

16.2 条纹畸变数和表观平均速度 171

16.3 流动湍流度的过高估计 173

第17章 速度偏差效应 175

17.1 作为流动现象的速度偏差 175

17.2 速度偏差与动量流率 176

17.3 一维流动脉动中的速度偏差 178

17.4 二维和三维流动脉动中的速度偏差 181

17.4.1 平均速度中的速度偏差 182

17.4.2 湍流法向应力中的速度偏差 183

17.4.3 湍流剪切应力中的速度偏差 185

第18章 LDA应用范例 187

18.1 水斗式水轮机的高速水注流 187

18.2 织机的经纱线速度测量 190

18.3 激光束频移的验证 192

附录A LDA离轴对准及测量体积位移 194

A.1 子午面内的激光束 195

A.2 矢向面内的激光束 195

A.3 两者的结合 197

附录B 偏角δ影响下的激光束取向 199

附录C 雷诺应力矩阵（Reynolds Stress Matrix）的坐标变换 201

符号表 203

参考文献 207

索引 211