不同雷诺数下弹性薄板流激振动实验

　　非线性动态流激振动问题是目前学术界和工程界最具挑战性的研究内容之一，如机翼振动、血液流动、桥梁和高层建筑物振动以及流体机械叶片振动等． 文献［1-3］对典型流激振动问题作了全面的综述性报道． 尽管数值分析手段已成为此类问题研究的主要方法［4-10］，但由于流激振动问题本身的复杂性，建立起来的数值分析模型的局限性，要揭示流激振动的内在机理以及各种复杂设计参数和使用工况对流激振动的影响还依赖于实验研究． 另外，建立起来的耦合系统模型、数值方法等是否合理，能否较为真实地反映物理现象本质，也需要实验研究成果来评估． 由于流固耦合实验的复杂性和水介质的特殊性，不利于实验工作的开展，实验研究的相对较少，并且多局限于对单一的物理场进行测试，不是真正意义上的流固耦合实验．

　　PIV 技术突破了空间单点测试技术的局限性，通过对连续多个瞬时速度场和涡量场的对比与分析，可深入研究非定常流动的瞬态过程及其流动细节． 目前，PIV 测试分析技术在各种复杂流场的实验研究中得到了广泛的应用． 文献［11］利用 microPIV 系统测量了去离子水在梯形截面微管道内的流场结构，得到了不同雷诺数下沿流动方向不同位置微管道中间截面上的速度分布; 文献［12］利用 PIV测试系统研究了水中等边三棱柱涡激振动( 回转运动) 的流场分布; 文献［13］采用 PIV 系统对槽道湍流进行速度场时间历程的观测实验，通过对大量测量结果的综合分析，取得了槽道湍流近壁结构的空间结构及其时间演化过程; 文献［14］利用 PIV 流场显示技术，对振荡流体在非对称槽道中涡旋波的产生、发展和消失的规律进行了实验研究和分析; 文献［15］利用 PIV 技术研究了柱体与平板层流边界层角区的非定常流动结构; 文献［16］用 PIV 测量水泵开敞吸水池内突扩流道速度分布; 文献［17］利用PIV 测试研究封闭缸体内旋转圆盘流动，得到了封闭缸体内旋转圆盘流动 K 值和近壁面剪切层厚度的变化规律; 文献［18］采用 PIV 测量及 POD 分析了近自由表面翼型尾流速度场，研究分析了翼型尾流各本征模态下的湍流结构． 由此可见，目前采用PIV 测试技术多局限对单一的物理场进行测试，难于把握流体结构相互作用下耦合系统的力学行为．本文采用 PIV 流场测试与结构振动测试相结合，研究多场耦合下流激振动系统的物理力学行为，对探索流固耦合振动机理具有重要的学术价值．

　　1 实验系统及实验布置

　　实验模型系统主要由动力系统( 水泵 + 电机) 、塑管型玻璃转子流量计、有机玻璃做成的封闭槽道( 包括设有蜂窝板的消能段、实验段和出口段) 以及供水水箱组成，整个装置形成可调控循环造流系统，见图 1． 水槽的入口端距断面收缩段和实验模型的安放位置有一段距离，能保证来流流速在较长的流动过程中逐渐达到均匀稳定．