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沟槽壁面湍流边界层减阻机理的实验研究

张彬  
【摘要】: 本文在低速湍流风洞中,应用IFA300恒温热线风速仪,分别对V型沟槽表面和光滑平板的湍流边界层的瞬时速度进行测量。用X型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和光滑壁面平板湍流边界层不同雷诺数(自由来流速度)下平板、槽上、棱上三种情况的瞬时流向、展向速度分量的时间序列信号。 根据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,通过非线性迭代拟合摩擦速度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,获得沟槽壁面湍流边界层减阻的实验依据。 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、展向速度分量和雷诺应力分量的相位平均波形。研究了多尺度相干结构猝发时流向速度分量、展向速度分量和瞬时雷诺应力分量的动力学发展、演化过程。 一定几何尺寸和形状的壁面,改变了湍流边界层中多尺度相干结构的条件相位平均波形、能量分布、间歇性等统计特征量,能够对湍流边界层的不同尺度流动结构进行控制,是沟槽壁面湍流边界层减阻的物理机理。


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