周期性吹吸扰动对湍流边界层相干结构影响的实验研究

摘要

本文对风洞中平板湍流边界层施加不同频率的局部周期性吹吸扰动控制层多尺度相干结构进行了实验研究。 通过平板表面沿展向切割一条窄缝，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吹吸扰动，从而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、条件相位平均波形等统计特征，对平板湍流边界层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。 采用IFA300热线风速仪和双丝热线探针，精确测量了施加不同频率周期性吹吸扰动前后平板湍流边界层中不同位置的流向速度分量和法向速度分量的时间序列信号。并且利用快速Fouier变换(FFT)的方法提取扰动流场中包含扰动信号的区域，初步确定扰动影响的范围。 通过研究喷射和扫掠过程中流向脉动速度、法向脉动速度条件相位波形以及两者共同决定的雷诺应力的条件相位波形，研究三者之间的相位关系。研究发现施加周期性扰动改变了喷射和扫掠过程中的条件相位波形的幅值、时间演化过程以及流向脉动速度和法向脉动速度之间的相位差，在局部有限范围内有一定的减阻效果。

目录

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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

1.2.4客观识别和检测湍流相干结构的综合方法

1.3湍流多尺度相干结构的理论

1.3.1从结构函数到局部平均结构函数

1.3.2局部平均结构函数与子波变换的关系

1.3.3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及其应用

1.5局部吹吸控制壁湍流相干结构的研究背景

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

2.1.1TULTWT低(变)湍流度风洞简介

2.1.2吹吸测量装置简介

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

第三章不同频率周期性吹吸扰动对基本流场的影响

3.1实验基本流场的测量

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不同频率扰动对平板速度剖面的影响

3.2.1不同频率扰动对平均速度剖面的影响

3.2.2不同频率扰动对平均速度剖面的功率谱分析

3.3不同频率扰动对雷诺应力的影响

3.4不同频率扰动对摩擦系数的影响

3.5本章小结

第四章湍流相干结构控制的实验研究

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 Harr子波变换与湍流多尺度局部平均结构函数的关系

4.1.3用流向子波系数检测和提取多尺度相干结构

4.2湍流边界层最大能量尺度相干结构的条件相位平均波形

4.2.1湍流边界层相干结构喷射和扫掠的条件相位平均波形

4.3.2无扰动情况下多尺度相干结构喷射和扫掠的相位平均波形

4.3.3无扰动情况下沿法向位置变化喷射和扫掠的相位平均波形

4.3.4湍流边界层相干结构流向、法向与雷诺应力的条件相位关系

4.3.5无扰动情况下沿法向位置变化的相位差

4.4本章小结

第五章局部周期性扰动对条件相位平均波形的影响

5.1周期性吹吸扰动对湍流多尺度结构能量分布的影响

5.2周期性扰动对不同流向位置相干结构条件相位波形的影响

5.2.1周期性扰动对x=2.5mm处喷射和扫掠相位波形的影响

5.2.2周期性扰动对X=10mm处喷射和扫掠相位波形的影响

5.3周期性扰动对条件相位波形相位差的影响

5.4周期性扰动对喷射和扫掠发生概率的影响

5.5本章小结

第六章结论

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢