北京理工大学珠海学院 李子欣 刘炳禧 许星元 潘 杰 张锦楸

为探究龙卷风的形成原理及其气流特性，使用抽气机、鼓风机、PVC管等材料设计并制作了龙卷风发生装置，通过单片机控制步进电机驱动丝杆滑台，实现龙卷风的定距移动，并对稳定单涡旋、双涡旋分别进行测量、分析，研究了涡旋的内部结构以及对另一同向涡旋的涡旋强度的影响。

对于速度场测量方法，本文采用激光断面扫描获取图像，并利用边缘识别、计算圆隶属度的方法消除龙卷风减少不稳定造成的误差，从而得到龙卷风激光扫描断面图像之间的瞬时速度场及涡量场等数据。本文对速度场和涡量场进行了可视化，证明了装置设计思路的可行性。并进一步根据指数模型，对龙卷风风场进行二维重建，描述了人造龙卷风运动情况。

本装置还可在原来基础上增加2号龙卷风，进行涡旋之间相互影响的数值分析，有助于进一步探究、量化双涡旋的相互影响机理。

1 研究背景

龙卷风是一股激烈旋转并从快速对流的云层底部下垂循环到达地面的柱状涡旋，在我国是比较罕见极端天气，但由于其破坏力极大，并且非常难以预测，一旦出现龙卷风将难以避免很多可能出现的重大损失。当前我国对此方面的研究比较少，更多的是对台风的研究，但探讨龙卷风的同时，实际上也对台风的研究有一定的帮助。

2 设计思路

上升气流和水平剪切力是龙卷风形成的两个必要条件，特别是需要强劲的上升气流。……