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周期性抽吸扰动控制壁湍流多尺度相干结构的实验研究

刘薇  
【摘要】:本文应用热线测速技术,对风洞中平板湍流边界层壁面施加周期性抽吸扰动进行实验研究。 实验采用IFA300恒温热线风速仪以高于对应最小湍流时间尺度的分辨率精细测量了施加局部周期性抽吸扰动前后的平板湍流边界层中不同法向位置的瞬时流向速度分量的时间序列信号。用子波分析对湍流脉动速度信号进行多尺度分解,用自相关法确定了不同尺度湍流结构的时间尺度。利用子波系数的瞬时强度因子、瞬时平坦因子、平坦因子检测平板湍流边界层中的多尺度相干结构。提取了湍流边界层不同法向位置多尺度相干结构的条件相位平均波形,研究了多尺度相干结构猝发的动力学过程。 在平板湍流边界层的固壁表面沿展向开一条窄缝,用以施加局部周期性抽吸扰动,改变平板湍流边界层中不同尺度相干结构的能量分布、条件相位平均波形、平坦因子和猝发频率,从而对平板湍流边界层中原有的多尺度相干结构进行干扰和控制,以达到壁面减阻的目的。 实验发现,加入局部周期性扰动以后,靠近壁面区域:粘性底层增厚,缓冲层减小甚至消失,对数律层上移,相干结构明显受到抑制,流动有序化程度提高,流动呈现层流趋势,产生减阻效果;在对数律区以及更远离壁面的地方:局部周期性扰动对流动结构的性质基本不产生影响。


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