低雷诺数沟槽表面湍流/非湍流界面特性的实验研究

摘要

湍流/非湍流界面是流动中湍流和无旋流的边界,其相关研究在加深对湍流与无旋流之间的物质、动量和能量交换的理解有重要意义.本文采用时间解析的二维粒子图像测速技术,分别对零压梯度光滑、顺流向锯齿形沟槽表面平板在不同雷诺数下对湍流/非湍流界面的几何特征及动力学特性进行了实验研究.实验雷诺数为Reτ=400～1000.本文采用了湍动能准则对湍流/非湍流界面进行了识别,并分析界面高度分布、分形特征及界面附近的条件平均速度和涡量.结果表明在不同雷诺数下,无论是光滑壁面还是沟槽壁面,界面平均高度在(0.8～0.9)δ99附近.对于沟槽壁面而言,减阻时对应的界面高度的概率密度分布与光滑壁面基本一致,均遵循正态分布,而当阻力增大时,界面高度分布偏离正态分布出现正的偏度.在本实验情况下,界面分形维度、跨界面速度跳变均会随着雷诺数增大而增大.此外,不同壁面情况下无量纲条件平均涡量在界面附近的分布相近,而界面附近无量纲速度梯度最大值近似为常数.