叶智丰，陈若琳，黄慧敏，曾启文，李翠莹，彭 力

(华南师范大学 物理与电信工程学院，广东 广州 510006)

龙卷风是大气中一种较强的涡旋现象，有极强的科研价值和科普意义. 对其进行现场的观测和分析具有一定的难度，因此在实验室中使用龙卷风模拟装置进行小尺度探索是研究龙卷风的重要方法之一，而可视化的人造龙卷风生成有利于龙卷风风场特性的大众化科普教育. 目前龙卷风发生装置主要通过大型风扇的结构化组装实现,例如传统的Ward型龙卷风生成装置及Church等人在普渡大学建立的4 m宽、7 m高的改进型龙卷风产生装置[1]. 而方明[2]等人制作的科普级别的发生装置造价数千至万元，张冀喆[3]设计的简易龙卷风生成装置又有不能改变涡旋参量的局限性，Refan[4]等人设计的MWD实验室研究级别的超高精度模拟器更是达到数万元. 更重要的是，龙卷风风场的实验室测量主要使用激光雷达形式实现[5]，造价十余万元至两三百万元不等. 因此急需成本相对较低、生成效果较好且能实时改变涡旋形态和进行数值分析的龙卷风发生和测量装置，用于普通实验室的龙卷风分析研究或教学、科普演示. 本文采用易于获取的材料，设计出性价比高且可以实时改变涡流比的龙卷风发生和测量装置.

1 实验原理

1.1 稳定涡旋及龙卷风的发生

1.1.1 诱旋机理

根据汤姆孙定理，无旋的理想流体在流动过程中始终无旋. 这是因为理想流体不表现出黏性，无法形成……