在流体中加入微量的高聚物就可以极大地改变流体的流动特性。在低雷诺数流动中加入高聚物使得层流运动转变为“弹性湍流”;在高雷诺数的管流/槽道流中加入高聚物可以极大的减小管道/槽道壁面阻力,最高可减阻80%。然而,高聚物与湍流相互作用机理还不是很清楚,主要问题包括高聚物在湍流场中如何被拉伸以及拉伸的高聚物改变湍流特性到底是通过改变流体的粘性还是高聚物自身的弹性,至今仍未有定论。本论文主要围绕高聚物在湍流场中是否存在卷曲-伸展突变问题展开,基于设计冯卡门涡旋流动系统实验平台以及分析导师在德国哥廷根马普所(MPIDS)利用冯卡门涡旋流动系统进行三维粒子追踪实验所得数据,最终完成实验平台设计的主要内容,在一个确定临界Wic范围内,我们在高雷诺数湍流场中发现高聚物卷曲-伸展突变现象。本文自主设计一套全新的冯卡门涡旋流动系统,这也是拉格朗日三维粒子追踪测量系统重要组成部分。主要工作包括系统结构部件自主设计和相关配套必备实验设备的选购两部分内容。其中,自主设计系统结构部件主要包括具有多功能观测的可视透明有机玻璃腔体,冷却循环槽结构,支撑法兰结构,传动轴及涡轮结构,挡板结构,支撑架及支撑轴结构;相关配套必备实验设备主要包括交流伺服电机,恒温循环水浴,行星减速器,动态扭矩测量仪,联轴器,机械密封件,循环泵,支撑底座。以上工作完成了整个实验平台设计的主要内容,为后续实验研究高聚物与湍流相互作用机理打下了坚实的基础。为了证明湍流场中存在高聚物卷曲-伸展突变现象,通过在均匀各向同性湍流中加入不同链长的高分子聚合物,测量高聚物影响流场速度脉动u和加速度脉动a对系统参数Wi的依赖关系,我们发现存在一个临界Wic,Wi低于该临界值加速度脉动不发生明显变化,高于该临界值出现急剧下降。本文完成冯卡门涡旋流动系统设计的主要内容并首次澄清高聚物在湍流场中是否存在卷曲-伸展突变的疑团,这对进一步研究添加高聚物改变均匀各项同性湍流小尺度特性做了一个很好的铺垫。