基于PIV技術的近壁雙圓柱繞流尾跡特性研究.pdf

1、圓柱以及圓柱群繞流一直是鈍體繞流中的經典問題，許多研究者對其進行了深入的研究。當圓柱或圓柱群靠近壁面的時候，圓柱的尾跡結構，渦脫落頻率都會受到顯著的影響，其影響程度取決于圓柱與壁面間的距離以及壁面邊界層的厚度。由于壁面的影響，圓柱的尾跡結構更為復雜，使得數(shù)值模擬以及理論研究受到很大的限制。本文應用PIV技術對靠近壁面的單圓柱、并列雙圓柱以及串列雙圓柱繞流的尾跡渦結構特征進行了較為系統(tǒng)、詳細的實驗研究，同時在PIV應用中對PIV圖像處理算

2、法的迭代穩(wěn)定性和算法精度提出了改進的方法。
　　目前在PIV圖片處理算法中主要采用基于互相關的查詢算法。為了提高計算精度，當前廣泛采用圖片變形迭代方法，但是在迭代計算的過程中，會出現(xiàn)計算不穩(wěn)定的現(xiàn)象，也就是在迭代到一定的次數(shù)后計算的結果開始發(fā)散。本文從兩方面著手提出了一種提高算法精度的方法。首先根據(jù)互相關算法的誤差變化規(guī)律，在變形迭代之前，用一種補償修正相關值平面的方法來減小誤差，得到精度較高的初始迭代值，然后進行變形迭代計算；同

3、時，在迭代的過程中，應用移動最小二乘法對計算得到的矢量場進行平滑處理。該方法有效的提高了算法的精度，并且減少了迭代的次數(shù)，從而有效的減少了計算時間。對人工合成圖片和在近壁圓柱繞流的PIV實驗中獲取的圖片進行圖像處理，驗證了算法的有效性。
　　本文將PIV技術應用到厚邊界層下的近壁單圓柱、并列雙圓柱以及串列雙圓柱繞流的渦結構特征實驗研究中，得出了如下結論：
　　1．對于近壁單圓柱繞流，當圓柱下表面與壁面間的距離（G）與圓柱直徑

4、（D）之間的比值G/D≥0.3時開始出現(xiàn)渦脫落，并且尾跡出現(xiàn)一個渦對，該渦對隨著G/D的增加逐漸趨于對稱。
　　2．對于近壁并列雙圓柱繞流，當兩圓柱中心間的距離（T）與圓柱直徑的比值T/D≤1.151時，在G/D大于臨界值時，流場會出現(xiàn)base-bleed流動模式；當1.302≤T/D≤1.906時，在G/D大于臨界值時，流場會出現(xiàn)偏移流模式。由于兩個圓柱都完全浸沒在邊界層里，使得上圓柱表面的來流較強于下圓柱表面來流，因此兩圓柱間

5、的間隙流始終偏向于壁面，致使base-bleed流動模式以及偏移流模式中都沒有出現(xiàn)無壁面影響時的雙穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象。
　　3．對于近壁串列雙圓柱繞流，在本文所測T/D范圍內（T/D=1.151～1.906），下游圓柱尾跡出現(xiàn)周期性渦脫落的臨界G/D值都為0.302，當T/D≤1.302時，出現(xiàn)延伸體流動模式，當T/D≥1.453時出現(xiàn)重新附著模式。
　　上述研究有助于了解近壁雙圓柱尾跡流場的特性，為工程應用的方案設計提供了指導，同時