杨树叶及其模型的风振分析

摘要

采用风洞实验对真实杨树叶和人造的模型杨树叶在不同风速下的变形与振动情况进行了研究。根据摄像记录,观测到随着风速由小增大,真实杨树叶经历了静态变形,大幅度低频率振动,高频大幅振动,直到树叶卷缩并再次处于静止等几种状态,并找出了发生状态变化的临界风速。形状相同的人造树叶(由厚度为0.175mm的PVC膜片制成)随着风速的增大具有类似的状态变化过程。用PIV测量的树叶尾流横截面流场中出现单个旋涡,一对旋涡,或者无旋涡,分别对应静态变形,卷缩并再次出现静止状态和振动状态。热线测量结果说明,再次出现静止状态时,尾流脉动速度谱上出现单个尖峰,此尖峰由树叶后旋涡脱落引起。当树叶出现振动时,谱上出现多个尖峰,分别对应树叶振动频率及其谐振频率。
　　通过对不同叶片和叶柄尺寸的人造杨树叶的测试,得到从最初的静态变形到出现大幅度低频率振动的临界状态,以及从高频振动到卷缩并再次处于静止的临界状态,受两个无量纲参数的影响:一个是叶柄的长宽比,另一个是基于叶片长度的雷诺数。出现大幅低频振动的临界雷诺数随着叶柄的特征长度的增大而保持基本稳定,说明此临界状态仅由雷诺数决定;再次出现静止状态的临界雷诺数则随着叶柄的特征长度的增大而有所提高,说明叶柄长度对树叶稳定性有影响。

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表清单

1 绪论

1.1 选题背景和研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 实验方法的简介

1.4 本论文研究的内容

2 杨树叶的风振变形

2.1 实验准备

2.2 大杨树叶的风振过程

2.3 中等杨树叶风振过程

2.4 小杨树叶风振过程

2.5 小结

3 杨树叶模型的风振变形

3.1 实验准备

3.2 大杨树叶模型的风振过程

3.3 中等杨树叶模型的风振过程

3.4 小杨树叶模型的风振过程

3.5 小结

4 杨树叶模型的粒子图像测速实验

4.1 粒子图像测速实验简介

4.2 大杨树叶模型的粒子图像测速实验

4.3 中等杨树叶模型的粒子图像测速实验

4.4 小杨树叶模型的粒子图像测速实验

4.5 小结

5 杨树叶模型的热线实验

5.1 热线测速实验简介

5.2 大杨树叶模型的热线实验

5.3 中等杨树叶模型的热线实验

5.4 小杨树叶模型的热线实验

5.5 小结

6 结论与展望

6.1 主要工作和结论

6.2 实验中的问题及不足

6.3 进一步研究的展望

参考文献

附录A 恒流热线风速仪电路图

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