● 摘要
本文自行设计、搭建了一个圆周摆旋涡发生器，用以获得强旋流，显示在不同旋转强度时的旋涡流动形态，并探讨真空能与超强旋涡相互作用的基本特性。本文对实验台的搭建及操作进行了完整的叙述，并详细地描述了实验过程中所呈现的全部流体状态。在圆周摆旋涡发生器中，随着输入转速的不断增加，实验流体依次经历了重力波现象、自旋稳定状态和强旋流状态即混乱状态。当圆周摆的转速超过一定的临界值后，流体转速发生突变，从自旋稳定状态快速过渡到到强旋流状态。可以观察到桶内流体的转速明显地超过圆周摆的输入转速并呈现超强湍流状态。该状态的成因可能和临界状态下旋涡提取了真空能有关，这就为利用旋涡提取真空能的研究提供了一种有参考价值的实验手段。具体做了以下工作：1． 分析了重力波对称分布的原因，提出一些必要的假设后以流固耦合方式进行了理论建模。2． 对自旋稳定状态作了空腔假设和旋涡强度不变假设，得到桶内流体质点的轨迹图，给出桶内流体的速度、加速度计算公式。建立坐标系，分析了由壳体的牵连运动引起的流体质点所受科氏力的影响。3． 在自旋稳定状态下，分析了流体微团的受力状况，进而解释了自旋稳定状态中空气柱偏心以及空气柱做圆周摆动的现象。4． 对本实验台产生旋涡的有效性进行了分析，找出了圆周摆旋涡发生器可在较低转速下产生高强度旋涡的原因，证明本实验台相较于定轴旋转旋涡发生器有更高的旋涡发生效率。5． 分析粘性、旋涡、罗斯比数以及弹性壳体对流体流态的影响，在分析过程中，有选择地进行简化。6． 分析了流体在自旋稳定状态下失稳，过渡到湍流状态的影响因素：泰勒涡和离心惯性力。7． 实验末期获得了极高的流体转速，本文引入了高歌教授的旋射、聚射及旋聚的理论，对此现象采用真空能观点进行了合理的猜测和解释。