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沟槽壁面湍流边界层减阻机理的实验研究

王国华  
【摘要】: 应用热线测速技术,对沟槽壁面平板湍流边界层的减阻机理进行了实验研究。用IFA300热线风速仪、单丝边界层热线探针、X形二分量边界层热线探针以高于对应最小湍流时间尺度(Kolmogorov耗散时间尺度)的分辨率精细测量了风洞中并排放置的沟槽壁面平板及光滑壁面平板湍流边界层,采集了在不同雷诺数下不同法向位置的瞬时流向、法向速度分量的时间序列信号。 沟槽壁面平板实验模型和光滑壁面平板实验模型在风洞中用六个雷诺数(自由来流速度)吹风。用单丝边界层热线探针精细测量了不同壁面平板湍流边界层平均速度剖面,利用壁湍流对数律平均速度剖面与壁面摩擦速度、流体粘性系数等内尺度物理量的关系以及壁面摩擦速度与壁面摩擦切应力的关系,通过非线性迭代拟合其中的壁面摩擦速度u ?,用平均速度剖面法测量壁湍流的壁面摩擦阻力和壁面摩擦系数,对沟槽壁面减阻特性进行了比较实验研究,为进一步认识沟槽壁面减阻机理提供实验依据。 运用流向速度分量信号的多尺度子波系数辨识湍流多尺度相干结构,用自相关法确定了不同尺度湍流结构的时间尺度,用条件采样方法和相位平均技术提取了壁湍流多尺度相干结构猝发时流向速度分量、法向速度分量和雷诺应力分量的相位平均波形,研究了壁湍流多尺度相干结构猝发时流向速度分量、法向速度分量和雷诺应力分量的动力学发展、演化过程。 分析了沟槽壁面平板及光滑壁面平板湍流边界层中多尺度相干结构的持续时间、能量分布、条件相位平均波形等特征。对沟槽壁面平板及光滑壁面平板湍流边界层多尺度相干结构的多种统计平均特征进行了比较,从多尺度相干结构控制的角度研究了沟槽壁面平板湍流边界层的减阻机理。


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