用子波分析检测湍流边界层多尺度相干结构及其间歇性

摘要

用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风洞中平板湍流边界层不同法向位置的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,用自相关法确定了湍流结构的时间尺度.提出了用子波系数的瞬时强度因子和平坦因子检测平板湍流边界层中的多尺度相干结构的条件采样方法,提取了不同尺度相干结构的条件相位平均波形.用子波系数计算了推广的自相似标度律ESS,研究了多尺度相干结构对ESS的影响.研究发现,这一检测方法可以有效地避免人为确定门限值对结果带来的主观影响.提取出的各尺度相干结构有一定的相似性,它们是湍流边界层产生奇异标度律的原因.当这些相干结构被分离出后,由子波系数计算的ESS标度律就回到Kolmogorov线性标度律.这一现象在整个湍流边界层都是很明显的.