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加入周期吹吸扰动的平板湍流边界层复涡黏模型实验研究

贾永霞  
【摘要】: 本文采用热线测速技术,通过展向缝引入不同频率的周期吹吸扰动,对风洞中平板湍流边界层多尺度相干结构复涡黏模型进行了实验研究。 使用IFA300恒温热线风速仪,加入不同频率的周期吹吸扰动,以高于对应最小湍流时间尺度的分辨率,用平行丝探针精细测量平板湍流边界层不同法向位置空间流向间距1mm、空间法向间距1mm的两点瞬时流向速度的时间序列信号。用同样的测量方法使用X型双斜丝热线探针测量相应法向位置的瞬时流向速度、法向速度的时间序列信号。 采用多尺度子波分析技术对湍流脉动速度信号进行多尺度分解,用自相关方法确定不同尺度湍涡结构的时间尺度。用流向速度分量信号的多尺度子波系数作为特征量检测平板湍流边界层多尺度相干结构。用条件采样方法分离出湍流边界层流向速度多尺度相干结构成分及非相干结构成分。用条件相位平均技术提取平板湍流边界层多尺度相干结构流向速度的法向梯度以及流向梯度的条件相位平均波形和随机脉动对相干结构贡献的雷诺应力的条件相位平均波形。 采用互相关分析技术研究平板湍流边界层中多尺度相干结构喷射和扫掠时随机脉动对相干结构贡献的雷诺应力与速度变形率的时间相位关系。进而研究湍流边界层多尺度相干结构的复涡黏系数模型及其沿平板湍流边界层不同法向位置和扰动频率的变化规律,发现随机脉动对相干结构贡献的雷诺应力分量和相干结构速度变形率之间存在相位差,而且相位差与周期吹吸扰动的频率、相干结构的尺度以及喷射和扫掠的具体物理过程有关。


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