实验以3D方式测量速度

当今许多科学过程都是使用计算机驱动的数学模型来模拟的。但是，例如，要使一个模型准确地预测气流在高速下的行为，科学家需要补充真实的生活数据。使用最新方法提供验证数据，是伊利诺伊大学香槟分校伊利诺伊大学研究人员进行的一项最新实验研究的关键推动因素。

“我们创建了一个物理实验，可以测量其他人试图用计算模型来模拟的流场来预测湍流。它可以验证他们的模型，并为他们提供额外的数据以与结果进行比较，特别是在速度方面，” Kevin Kim说，航空航天工程系的一名博士生。

金说，建造的风洞和实验的设计基于简单的几何和基本物理原理，使他们能够操纵两种气流，一种来自储气罐，另一种来自室内空气。在两股气流到达风洞的测试部分并开始混合之前，它们之间存在物理屏障。拍摄流中种子粒子的图像。

“空气罐后面有两个喷嘴。我们改变了其中一个喷嘴的几何形状，以改变整体马赫数，然后研究了两个流动相遇的不同混合层，”金说。 “根据两种流的不同速度，您开始看到混合的不同特征。”

主要的自由流速度以亚音速马赫数0.5开始，并以0.5的增量增加到2.5。次级自由流都是亚音速的，低于1马赫。

金说，在此流场的大多数先前实验中，通常只在两个方向上测量速度：在自由流方向上并垂直于自由流方向。使该实验与众不同的原因在于，还对所有不同的马赫数沿跨度方向进行了速度测量。

Kim说：“低速，不可压缩的情况主要表现为二维混合，因此仅查看X和Y分量就可以获得很多重要信息。” “因为我们增加了马赫数，所以剪切层的压缩率上涨了。因此，我们看到了跨度方向的更广泛混合，而当压缩不可压缩时我们看不到。工作的关键目标是确保我们获得了速度的第三个分量，以便了解它与压缩性不断变化的整体湍流之间的关系，并捕获进入的流动条件（边界层）。”

根据Kim的说法，仅进行了另外两个混合层实验，获得了速度的所有三个分量。 “我们的结果与他们的结果相吻合，这验证了我们自己的实验，但我们通过测量各种马赫数的流量进一步提高了它的效率。”

他说，这项工作的直接现实应用是改善超燃冲压发动机的销毁，超音速空气通过销毁室进入并与燃料混合。

“从科学上讲，主要应用是我们得到了非常基本的流场的这些结果，模拟器现在可以使用这些结果来验证其模型。此外，我们的所有数据都可以通过伊利诺伊大学的Wiki页面向公众公开， ”金说。 “我希望很多人在建模中使用这些信息，并且最终可以帮助提高准确性，并改进高速流模拟中的方法。”

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