壁湍流相干结构雷诺应力的涡粘性本构关系与控制

摘要

在直流抽吸式低湍流度风洞中采用热线测速技术，对平板壁面无扰动情况以及通过展向缝分别引入16、32、64H周期性吹吸扰动时湍流边界层多尺度相干结构动力学行为及复涡粘系数模型进行了实验研究，验证了吹吸扰动控制湍流边界层多尺度相干结构减小表面摩擦力的动力学机理。 用IFA300恒温式热线风速仪和双平行丝热线探针，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平板壁面以及引入不同频率扰动后湍流边界层的不同法向位置流向间距1mm空间两点的瞬时流向速度分量及其流向梯度(速度变形率)的时间序列信号。 综合采用了子波分析技术和多尺度条件相位平均技术对数据进行分析处理，使用流向速度子波系数来检测湍流边界层中多尺度相干结构的喷射和扫掠过程，提取了未加扰动平板壁面湍流边界层和加入不同频率扰动后湍流边界层多尺度相干结构的条件相位平均波形，对比研究了未加扰动平板壁面和引入16、32、64Hz扰动后湍流边界层多尺度相干结构的脉动速度的动力学特征。 提取湍流边界层多尺度相干结构流向速度变形率的条件相位平均波形，非相干脉动对相干结构贡献的雷诺应力的条件相位平均波形。用互相关技术研究不同法向位置、不同尺度相干结构喷射和扫掠时流向速度变形率与非相干脉动对相干结构贡献的雷诺应力之间的相位关系，进而研究湍流边界层多尺度相干结构的复涡粘系数模型及其沿平板湍流边界层不同法向位置的变化规律。 分析了平板未加扰动壁面与施加16、32、64Hz扰动壁面湍流边界层中多尺度相干结构喷射和扫掠时流向速度变形率与非相干脉动对相干结构贡献的雷诺应力之间相位关系的差异，进而分析了不同频率周期性吹吸扰动控制湍流边界层多尺度相干结构的动力学机理。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

1.1湍流研究概述

1.2壁湍流相干结构研究概述

1.2.1壁湍流相干结构的流动显示研究

1.2.2壁湍流相干结构的实验测量

1.2.3用子波分析检测壁湍流相干结构

1.3湍流多尺度相干结构理论

1.3.1从结构函数到局部平均结构函数

1.3.2湍流间歇性、奇异标度律与多尺度相干结构

1.4壁湍流相干结构控制方法概述

1.5湍流边界层相干结构的理论模型

1.5.1对理论模型的解释

1.5.2相干结构动力学方程及涡粘系数模型

1.6本文的工作

第二章实验设备与测量技术

2.1实验设备与装置

2.1.1 TULTWT低(变)湍流度风洞简介

2.1.2吹吸扰动发生和测量装置简介

2.2热线测速技术

2.2.1热线风速仪原理

2.2.2 IFA300恒温热线风速仪

2.2.3热线探针校准器

2.3三维自动控制坐标架

第三章平均流场的测量和研究

3.1实验平均速度剖面的测量

3.1.1平板湍流边界层平均速度剖面的测量

3.1.2周期性吹吸扰动信号的测量

3.2实验测量方法

3.3周期性扰动对流向平均速度剖面的影响

3.4周期性扰动对雷诺应力的影响

3.5周期性扰动对湍流度的影响

3.6周期性扰动对能量分配参数k*的影响

第四章湍流相干结构控制和减阻机理的实验研究

4.1子波变换与湍流多尺度局部平均结构函数

4.1.1基于局部平均概念的速度结构函数

4.1.2子波分析与子波变换简介

4.1.3 Harr子波变换与湍流多尺度局部平均结构函数的关系

4.2用子波分析分解湍流多尺度结构

4.3周期性扰动对能量分布的影响

4.4周期性吹吸扰动对湍流结构间歇性的影响

4.5未加扰动壁面与通过展向逢分别加入16、32、64Hz扰动平板壁面相干结构尺度a=7、8、9、10时流向速度条件相位平均波形

4.5.1用子波分析检测湍流多尺度相干结构

4.5.2未加扰动壁面与通过展向逢分别加入16、32、64Hz扰动平板壁面相干结构尺度a=7、8、9、10、11时流向速度条件相位平均波形

4.6周期性扰动对流向速度梯度条件相位平均波形的影响

4.7未加扰动壁面与通过展向逢分别加入16、32、64Hz扰动平板壁面相干结构尺度a=7、8、9、10时展向速度条件相位平均波形

第五章湍流相干结构涡粘模型实验研究

5.1湍流相干结构涡粘理论模型的实验验证

5.2周期性扰动对相位差的影响

第六章结论

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢