周期性擾動(dòng)對(duì)壁湍流多尺度相干結(jié)構(gòu)影響的實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、本文對(duì)風(fēng)洞中平板湍流邊界層通過展向狹縫引入的不同頻率的局部周期性擾動(dòng)控制多尺度相干結(jié)構(gòu)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。采用熱線測(cè)速技術(shù)，以高于對(duì)應(yīng)最小湍流時(shí)間尺度的分辨率，精細(xì)測(cè)量了施加不同頻率的周期性擾動(dòng)前后平板湍流邊界層中不同流向和法向位置的瞬時(shí)流向、法向和展向速度分量的時(shí)間序列信號(hào)，研究了不同頻率的周期性擾動(dòng)對(duì)平板邊界層多尺度相干結(jié)構(gòu)的影響。 利用快速Fouier變換，確定了擾動(dòng)影響流場(chǎng)的流向和法向空間范圍。通過測(cè)量基本流場(chǎng)，發(fā)現(xiàn)在擾動(dòng)源

2、下游一定空間范圍內(nèi)，摩擦系數(shù)有所減小，粘性底層增厚。擾動(dòng)使雷諾應(yīng)力幅值趨于零的空間范圍變大；改變了湍流邊界層原有湍動(dòng)能的產(chǎn)生和擴(kuò)散輸運(yùn)機(jī)制，在一定程度上抑制了湍流脈動(dòng)的產(chǎn)生。此外，在擾動(dòng)源下游形成了兩個(gè)定常的、強(qiáng)度相似的、大尺度的展向渦，起到流體滾動(dòng)軸承的作用，減小了壁面摩擦阻力。 采用子波系數(shù)模極大值法提取了猝發(fā)過程中，相干結(jié)構(gòu)不同速度分量和雷諾應(yīng)力分量的條件相位平均波形，發(fā)現(xiàn)在緩沖層和對(duì)數(shù)律層，流向和法向脈動(dòng)速度分量的相位平

3、均波形的相位差恒定保持為鈍角，幾乎不隨法向位置變化，導(dǎo)致雷諾應(yīng)力分量u'v'在湍流邊界層中恒保持為負(fù)號(hào)且具有很大幅值。而展向分量的相位平均波形比流向脈動(dòng)速度分量的相位平均波形明顯存在相位滯后，且相位差隨法向位置變化，在緩沖層相位差為鈍角，隨著遠(yuǎn)離壁面，相位差逐漸減小為零。 基于湍流多尺度結(jié)構(gòu)和局部平均速度結(jié)構(gòu)函數(shù)的概念，研究了施加擾動(dòng)對(duì)湍流多尺度相干結(jié)構(gòu)及其間歇性的影響。發(fā)現(xiàn)在緩沖層，擾動(dòng)使得小尺度湍渦結(jié)構(gòu)在湍流整體中的重要性相

4、對(duì)減弱；使能量最大尺度附近的大尺度湍渦結(jié)構(gòu)的重要性相對(duì)增強(qiáng)；湍流系統(tǒng)在整體上受到與擾動(dòng)尺度相當(dāng)?shù)拇蟪叨韧臏u結(jié)構(gòu)的制約；擾動(dòng)使多尺度湍渦結(jié)構(gòu)的正負(fù)交替有序性增強(qiáng)。擾動(dòng)抑制了低速條紋結(jié)構(gòu)的上拋運(yùn)動(dòng)和高速條紋結(jié)構(gòu)的下掃運(yùn)動(dòng)，而且擾動(dòng)頻率越大抑制得也就越強(qiáng)烈，使展向條紋結(jié)構(gòu)更加有序化，抑制了條紋結(jié)構(gòu)在展向的失穩(wěn)。 周期性擾動(dòng)改變了法向或展向脈動(dòng)速度與流向脈動(dòng)速度的條件相位平均波形的相位差，使法向或展向脈動(dòng)速度與流向脈動(dòng)速度的相位差保持在