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本文通过实验方法研究了在重力作用下，在静止流体中自由下落的薄圆盘的动力学行为。
为了研究刚体的运动和流场的特性，本文采用了三种新的实验方法。第一，利用立体视觉和图像识别原理，发展了一套在流体中精确测量刚体运动新方法应用到下落圆盘的研究中，首次给出了自由下落(上升)物体运动的所有平动与转动自由度的完整测量结果。第二，采用荧光粒子和变形窗口技术改进PIV测量，得到圆盘下落的尾流流场。第三，改进了荧光流动显示技术，得到一系列流场旋涡结构演化的清晰显示结果。
本文研究了两个无量纲参量，即雷诺数和圆盘的无量纲转动惯量对薄圆盘的运动状态的影响。根据下落过程中圆盘平动和转动的特点，我们发现过去认为的周期运动模态中实际包含两种不同的运动模态，即平面摆动和螺旋运动模态。在转动惯量较大时，圆盘的中心周期振动轨迹落在一个竖直平面内，且角速度只有平行于盘面的分量。随着转动惯量减小，在垂直于竖直平面的第三维方向上也振动出现，轨迹逐渐发展为三维螺旋线，而螺旋运动出现后同时产生垂直盘面方向的角速度。文中给出包含了新发现运动模态的相图。
圆盘不同运动模态的产生被发现是源于流场中流动涡结构的变化。我们观测到随着雷诺数增大，圆盘由稳定下落到发生摆动过程中尾涡结构发生的两次转变过程。圆盘后附着涡量的脱落产生的周期侧向力使圆盘产生非定常运动。圆盘的平面摆动和螺旋运动对应了两种不同的涡脱落模态。在平面摆动过程中，从圆盘的两端交替出现发卡涡的脱落。而螺旋运动过程中，在圆盘盘面和边缘发生的分离分别发展成尾流区中心的流向涡和围绕尾流区发展的螺线形涡。