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(guò)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(xiàn)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(guò)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(guò)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