各向同性紊流的试验研究及应用

摘要

研究各向同性紊流的运动发展过程对认识普通紊流的运动规律具有重要意义。本文建立了一套先进的大尺度横向振动格栅紊流试验系统，对于大尺度水箱中各向同性紊流的特性及空间发展规律进行了系统的试验及分析。采用了两种试验方案，第一种方案进行了较大范围的测量，布置了三个测量高度，每个测量高度布置三个窗口，总计9个窗口;第二种方案进行了小范围的精密测量，在已确定的各向同性紊流区内布置一个窗口。通过实测资料和理论分析，对各向同性紊流的特性开展了详细研究。得到以下几点结论:
　　(1)本文建立的振动格栅系统产生的近似各向同性紊流符合高斯分布，具有较强的随机性;
　　(2)确定了大尺度横向振动格栅系统生成近似各向同性紊流的区域，集中于格栅的中部;
　　(3)在各向同性紊流区内，包括流速、剪应力、紊动强度在内的物理量保持较高的稳定性与各向同性;功率谱满足-5/3次幂的衰减性;长度积分尺度及时间积分尺度均距格栅距离的增加而线性增加，并且两种积分尺度的大小均依赖于格栅的尺寸与格栅的开孔尺寸;振动格栅产生的近似各向同性紊流对振动频率与振幅等参数有较强的依赖性;
　　(4)对前人所得的各向同性紊流区中紊动强度公式进行了系数与指数的修正，得到了适用于本文研发的大尺度多片横向振动格栅系统的紊动强度公式。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 前言

1．2 紊流的研究方法

1．3 各向同性紊流的统计理论

1．4 格栅紊流

1．4．1 格栅紊流的生成方法

1．4．2 各向同性紊流的测量方法

1．4．3 各向同性紊流的应用

1．5 主要研究内容

第二章 设备研发

2．1 水箱系统

2．2 振动格栅系统

2．3 PIV测量系统

2．4 小结

第三章 各向同性紊流的数据处理方法

3．1 紊流随机过程的描述方法

3．1．1 流速概率密度

3．1．2 流速均值

3．1．3 相关性

3．2 紊流随机过程的谱分析

3．2．1 傅里叶变换

3．2．2 功率谱

3．3 格栅紊流随机过程概化

3．3．1 均方根流速

3．3．2 紊动强度

3．3．3 剪应力

3．4 小结

第四章 各向同性紊流的统计特性

4．1 试验方案

4．1．1 测量区域

4．1．2 测量参数

4．1．3 样本数量选择

4．2 格栅紊流的随机性检验

4．3 格栅紊流的统计特性

4．3．1 均方根流速

4．3．2 剪切应力

4．3．3 时间尺度

4．3．4 长度尺度

4．4 小结

第五章 格栅振动频率和振幅对统计特性的影响

5．1 试验方案

5．1．1 测量区域

5．1．2 测量参数

5．2 频率的影响

5．3 振幅的影响

5．4 紊动强度公式

5．5 小结

第六章 主要结论与展望

6．1 结论

6．2 本文的不足与研究展望

6．2．1 本文的不足

6．2．2 研究展望

致谢

参考文献

在校期间发表的论著及取得的科研成果