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圆柱尾迹影响下旁路转捩的实验研究

唐湛棋  
【摘要】:本文利用低速回流式水槽、借助TR PIV粒子图像分析系统进行圆柱尾迹影响下平板层流边界层旁路转捩的实验研究。 首先,实验在无扰动情况下,对基本流场进行TR PIV测量,将实验所得到的流向平均速度剖面与经典Blasuis层流速度剖面经行对比,两者符合较好,证实基本流场为层流边界层。其次,在水槽中,相对于平板前缘不同流向法向位置处分别加入展向圆柱,采用TR PIV技术,对圆柱尾迹影响下不同流向、法向位置的流场依次分段进行测量,经过图像处理,得到二维瞬时速度平面空间分布的时间序列。 结合平均速度剖面、湍流强度分布对转捩起始点和结束点分别进行判定,分析了圆柱相对于平板前缘的不同位置对转捩起始点、结束点以及转捩区长度的影响。 采用多尺度子波分析技术对转捩区中速度信号进行二维空间上多尺度分解,结合分尺度Q准则对不同尺度的相干结构进行辨识,识别并追踪二次涡在转捩区中的发展过程。 对转捩区中,对流向脉动速度和涡量进行相位平均,在转捩区中发现边界层内存在低速“鼓包”区域,且“鼓包”总是与边界层外的低速尾迹涡成对出现。沿流向发展,“鼓包”形状愈加突出。在转捩末段30cm-38cm的区域内,通过对涡量的相位平均提取出了马蹄涡结构,发现旁路转捩过程中马蹄涡涡头的演化到受涡头与涡腿之间的相互诱导作用、时均剪切作用、圆柱尾迹旋涡对其的诱导作用三个因素的共同影响。


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