波形壁面湍流場雷諾應力與速度變形率弛豫效應的TRPIV實驗研究.pdf

1、波形壁面湍流場雷諾應力與速度變形率弛波形壁面湍流場雷諾應力與速度變形率弛豫效應的豫效應的TRPIV實驗研究實驗研究ExperimentalInvestigationofRelaxationEffectBetweenReynoldsStressVelocityStrainRateinTurbulentFlowFieldoverWavyWallwithTRPIV學科專業(yè)：流體力學作者姓名：張安通指導教師：姜楠教授天津大學機械工程學院二零一二

2、年十二月摘要摘要本文借助先進的湍流實驗測量技術——高時間分辨率粒子圖像測速技術（TRPIV）在低速回流式水槽中對波形壁面的湍流流場雷諾應力與速度變形率的弛豫效應進行了實驗研究，研究波形壁面的強制作用對湍流流場的影響，對非平衡壁湍流邊界層雷諾應力復渦黏性模型進行實驗研究。利用二維TRPIV技術，以高時間分辨率對三個不同雷諾數(shù)下的波形壁面湍流空間流場進行測量，得到瞬時湍流邊界層速度場空間分布的時間序列。分析了不同雷諾數(shù)下的流場的平均流向速度

3、、平均法向速度、湍流度等物理量的分布特征。發(fā)現(xiàn)了流向和法向速度云圖在流向方向上的周期性分布，以及波形壁面對近壁區(qū)的流向平均速度和法向平均速度都產(chǎn)生了較大影響，兩種平均速度分量在近壁區(qū)沿流向分布都具有明顯的周期性。運用象限分裂法研究了四個不同象限事件的分布及其對雷諾應力的貢獻，發(fā)現(xiàn)Q2噴射事件和Q4掃掠事件占主要地位，其中Q2事件對雷諾應力的貢獻量最大，Q4事件次之。通過研究雷諾應力和平均速度變形率系綜平均的空間分布，發(fā)現(xiàn)兩者沿空間流向的

4、分布都有一定的規(guī)律性，即在法向方向上速度變形率在離開壁面后逐漸減小，而雷諾應力是先增大然后減小。利用空間互相關技術分析雷諾應力與平均速度變形率之間的流向相位關系，發(fā)現(xiàn)不同雷諾應力分量與對應的平均速度變形率分量在流向空間上存在相位差，發(fā)現(xiàn)在邊界層區(qū)域內(nèi)，速度變形率分量12S與雷諾應力分量12R的相位差和速度變形率分量11S與雷諾應力分量11R的相位差在離開壁面后，都先從零逐漸減小，在0.2?附近達到最小值，然后再逐漸增大。同時發(fā)現(xiàn)在一定的