波形壁面湍流场雷诺应力与速度变形率弛豫效应的TRPIV实验研究

摘要

本文借助先进的湍流实验测量技术——高时间分辨率粒子图像测速技术(TRPIV)在低速回流式水槽中对波形壁面的湍流流场雷诺应力与速度变形率的弛豫效应进行了实验研究,研究波形壁面的强制作用对湍流流场的影响,对非平衡壁湍流边界层雷诺应力复涡黏性模型进行实验研究。
　　利用二维TRPIV技术,以高时间分辨率对三个不同雷诺数下的波形壁面湍流空间流场进行测量,得到瞬时湍流边界层速度场空间分布的时间序列。分析了不同雷诺数下的流场的平均流向速度、平均法向速度、湍流度等物理量的分布特征。发现了流向和法向速度云图在流向方向上的周期性分布,以及波形壁面对近壁区的流向平均速度和法向平均速度都产生了较大影响,两种平均速度分量在近壁区沿流向分布都具有明显的周期性。运用象限分裂法研究了四个不同象限事件的分布及其对雷诺应力的贡献,发现Q2喷射事件和Q4扫掠事件占主要地位,其中Q2事件对雷诺应力的贡献量最大,Q4事件次之。
　　通过研究雷诺应力和平均速度变形率系综平均的空间分布,发现两者沿空间流向的分布都有一定的规律性,即在法向方向上速度变形率在离开壁面后逐渐减小,而雷诺应力是先增大然后减小。利用空间互相关技术分析雷诺应力与平均速度变形率之间的流向相位关系,发现不同雷诺应力分量与对应的平均速度变形率分量在流向空间上存在相位差,发现在边界层区域内,速度变形率分量S12与雷诺应力分量R12的相位差和速度变形率分量S11与雷诺应力分量R11的相位差在离开壁面后,都先从零逐渐减小,在0.2?附近达到最小值,然后再逐渐增大。同时发现在一定的范围内,雷诺数的变化对相位差的影响并不大。验证了湍流雷诺应力复涡黏性模型的合理性,为建立更加准确预测非平衡湍流的复涡黏性模型提供了实验依据。

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第一章 绪论

1.1湍流研究概述

1.2 复涡黏模型概述

1.3壁湍流研究概述

1.4 波形壁面的研究背景

1.5 本文的工作

第二章 实验装置与PIV测量技术

2.1实验设备与装置

2.1.1 SZ-2型循环式水槽简介

2.1.2 波形板简介

2.2 PIV技术

2.2.1 PIV技术概述

2.2.2 激光器

2.2.3 示踪粒子

2.2.4 高速相机

2.2.5同步控制器

第三章 流场的测量和各物理量研究

3.1实验测量方法

3.2波形壁流场各物理量的研究

3.2.1 Re=1682时流场各物理量的分析

3.2.2 Re=2441时流场各物理量的分析

3.2.3 Re=2930时流场各物理量的分析

3.3 本章小结

第四章 波形壁非平衡湍流场的相位差的实验研究

4.1 三种雷诺数下流场物理量的对比

4.4 本章小结

第五章 结论与展望

5.1主要结论

5.2研究展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢