聚合物水溶液雙振蕩網格湍流實驗研究.pdf

1、添加劑湍流減阻效應一直以來是非牛頓流體動力學研究領域的熱點課題。眾多學者基于槽道等壁面湍流開展了大量的理論、實驗及數值模擬研究工作,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,如高雷諾數下無壁面效應的各向同性湍流減阻機理及特性、高雷諾數下湍流減阻大渦數值模擬等。
　　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狀。因此對粘彈性流體網格

2、湍流的研究具有重要的理論意義和學術價值。設計了滿足各向同性湍流要求的雙振蕩網格湍流實驗裝置,采用流體先進測試手段-粒子圖像測速(PIV)技術對雙振蕩網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。測量了質量濃度為2×10-4PAM水溶液的流變學物性,發(fā)現該溶液具有粘彈性特性。分別測量了網格振蕩頻率分別為10,15,20和25Hz時蒸餾水和質量濃度為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數據分析了湍流重要物理參數-湍動能、粘性耗散率和渦矢量,發(fā)現PAM的存在抑制了流動中這三個物理量值,尤其是網格振蕩頻率為10Hz時。為了進一步分析流體粘彈性的存在對流動中相干結構的影響,采用本征正交分解方法對速度矢量場進行研究,研究了POD本征函數特性、能量分布特性等,并提取了流動中的相干結構,發(fā)現PAM水溶液流動中相干結構受到抑制,從而流動更加規(guī)則。
　　最后,基于小波變換分