刘薇[1]2004年在《周期性抽吸扰动控制壁湍流多尺度相干结构的实验研究》文中研究说明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。
刘建华[2]2005年在《周期性抽吸扰动对湍流边界层多尺度相干结构影响的实验研究》文中提出本文对风洞中平板流动边界层施加不同频率的局部周期性抽吸扰动控制湍流多尺度相干结构进行了实验研究。用IFA300热线风速仪和X形二分量边界层热线探针精细测量了平板流动边界层,在施加不同频率的局部周期性抽吸扰动前后不同法向位置的瞬时流向、法向速度分量的时间序列信号。运用湍流多尺度相干结构的新观点,描述湍流局部多尺度涡结构相对迁移运动和局部多尺度变形的局部平均速度结构函数的平均波形,研究了多尺度相干结构猝发时流向速度分量、法向速度分量和瞬时雷诺应力分量的动力学发展、演化过程,并提出叁者之间的相位关系。通过平板底部表面沿展向切割一条5毫米宽的窄缝,用扬声器从壁面对平板湍流边界层施加不同频率的局部周期性抽吸扰动,通过改变平板湍流边界层中多尺度相干结构的发生概率、强度、能量分布、条件相位平均波形、间歇性等统计特征,对平板湍流边界层的不同尺度流动结构进行干扰和控制。研究不同频率的周期性扰动对平板边界层中的多尺度相干结构的影响。同时,确定16Hz周期性抽吸扰动在流向、法向的影响范围,对湍流边界层相干结构的干扰和控制有启示性作用。
赵君[3]2008年在《壁湍流相干结构雷诺应力的涡粘性本构关系与控制》文中指出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、64Hz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。
曹卫东[4]2007年在《局部粗糙诱导叁维边界层稳定性研究及剪切流中大涡结构的成因与演化》文中进行了进一步梳理本文利用x及y方向变间距的高精度紧致有限差分及z向Fourier谱展开相结合的方法，数值求解叁维、非定常、不可压的Navier-Stokes方程，详细研究了壁面局部粗糙边界层的稳定性问题和近壁剪切流中大涡结构的成因机制。1、在光滑壁面上采用单个或两个二维及叁维局部抽吸、局部喷射以及吸喷组合的方式来模拟具有局部壁面粗糙的边界层流动问题，获得新的基本流；利用流动稳定性理论，研究二维与叁维T-S扰动波的非线性演化规律，分析了不同局部粗糙对扰动波传播特性的影响问题。主要结论包括：(1)、二维、叁维局部喷入的粗糙壁面对扰动波起增长作用，叁维局部吸出的粗糙壁面对扰动波起着缓增长作用，二维局部吸出的粗糙壁面对扰动波的增长起遏制作用；(2)、不同局部粗糙壁面使得扰动波的传播方向与相位发生变化；(3)、在叁维局部粗糙诱导的基本流基础上，由于非线性作用，在二维扰动波空间演化的过程中，已被激发产生叁维扰动波，其频率与波数与二维扰动波近似相同。2、利用多涡结构的理论模型，讨论了局部粗糙对大涡结构的作用和影响。数值计算结果可知，基本流越饱满，大涡结构越不容易增长，反之大涡结构越容易增长，理论模型的结构、初始强度的大小对大涡结构的演化起着相当大的作用。3、边界层壁面局部脉冲诱导大涡结构起因的数值模拟结果表明：壁面脉冲扰动的强度、面积、脉冲时间、加载方式等因素均影响着大涡结构的成因；当初始脉冲强度、初始影响区域等诸多因素小于某一阈值时，很难激发产生大涡结构。4、不同压力梯度对边界层流中大涡结构的成因机制研究结果表明：在具有逆压梯度的边界层流中，壁面局部脉冲扰动更容易诱导激发产生大涡结构，且扰动的幅值均大于零压及顺压梯度的边界层；顺压梯度则不易于激发产生大涡结构。
参考文献：
[1]. 周期性抽吸扰动控制壁湍流多尺度相干结构的实验研究[D]. 刘薇. 天津大学. 2004
[2]. 周期性抽吸扰动对湍流边界层多尺度相干结构影响的实验研究[D]. 刘建华. 天津大学. 2005
[3]. 壁湍流相干结构雷诺应力的涡粘性本构关系与控制[D]. 赵君. 天津大学. 2008
[4]. 局部粗糙诱导叁维边界层稳定性研究及剪切流中大涡结构的成因与演化[D]. 曹卫东. 河海大学. 2007
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