聚合物水溶液雙振蕩網(wǎng)格湍流實驗研究.pdf

1、添加劑湍流減阻效應(yīng)一直以來是非牛頓流體動力學(xué)研究領(lǐng)域的熱點課題。眾多學(xué)者基于槽道等壁面湍流開展了大量的理論、實驗及數(shù)值模擬研究工作,并取得了豐碩的研究成果,深層次地揭示了具有壁面效應(yīng)的湍流減阻機理及特性,但仍存在很多亟需解決的前沿問題,如高雷諾數(shù)下無壁面效應(yīng)的各向同性湍流減阻機理及特性、高雷諾數(shù)下湍流減阻大渦數(shù)值模擬等。
　　本文首先闡述了本課題研究的背景,并綜述了目前添加劑湍流減阻流動及各向同性湍流研究現(xiàn)狀。因此對粘彈性流體網(wǎng)格

2、湍流的研究具有重要的理論意義和學(xué)術(shù)價值。設(shè)計了滿足各向同性湍流要求的雙振蕩網(wǎng)格湍流實驗裝置,采用流體先進測試手段-粒子圖像測速(PIV)技術(shù)對雙振蕩網(wǎng)格湍流進行了實驗研究。選取典型的具有粘彈性及減阻特性的高分子聚合物-聚丙烯酰胺(PAM)作為添加劑。測量了質(zhì)量濃度為2×10-4PAM水溶液的流變學(xué)物性,發(fā)現(xiàn)該溶液具有粘彈性特性。分別測量了網(wǎng)格振蕩頻率分別為10,15,20和25Hz時蒸餾水和質(zhì)量濃度為2×10-4PAM水溶液流動工況,獲

3、得了二維PIV速度矢量場。
　　其次,基于PIV數(shù)據(jù)分析了湍流重要物理參數(shù)-湍動能、粘性耗散率和渦矢量,發(fā)現(xiàn)PAM的存在抑制了流動中這三個物理量值,尤其是網(wǎng)格振蕩頻率為10Hz時。為了進一步分析流體粘彈性的存在對流動中相干結(jié)構(gòu)的影響,采用本征正交分解方法對速度矢量場進行研究,研究了POD本征函數(shù)特性、能量分布特性等,并提取了流動中的相干結(jié)構(gòu),發(fā)現(xiàn)PAM水溶液流動中相干結(jié)構(gòu)受到抑制,從而流動更加規(guī)則。
　　最后,基于小波變換分