沟槽壁面减阻机理的TRPIV实验研究

发布时间：2020-06-17 11:28

【摘要】：壁湍流中的相干结构与壁面的高摩擦阻力密切相关,它对湍流的产生、维持和演化起着重要作用。本文以充分发展湍流边界层中的相干结构为研究对象,使用粒子图像测速技术手段研究了壁面纵向微小沟槽对相干结构尺度、倾斜角以及拓扑形态的影响规律,得到的结果有助于理解沟槽壁面的减阻机理,并为减阻方法的优化和改进提供理论指导。首先比较了两种流场的湍流统计量,结果显示沟槽壁面使平均速度剖面抬升,湍流度降低,具有减阻效果。其次使用统计学方法比较了两种壁面流场中不同法向位置处展向涡的数量,平均强度及尺度分布,发现沟槽使近壁区顺向涡的数量减小,逆向涡的数量增大,并削弱了展向涡的强度;沟槽使近壁区小尺度顺向涡和中尺度逆向涡的比例增加,中尺度顺向涡和大尺度逆向涡的比例减小,使近壁区顺向涡流向-法向的尺度差异变小,而对近壁区逆向涡的尺度差异影响较小。然后使用流向脉动速度的自相关函数提取相干结构,比较了相干结构的尺度和倾斜角,发现沟槽使近壁区相干结构的流向、法向尺度减小,对数律区结构的流法向尺度增大,使得近壁区结构的流法向尺度差异减小;此外相干结构的倾斜角随法向位置的变化相比光滑壁面更稳定,在近壁和外区大于光滑壁面,在对数律区小于光滑壁面。最后以顺向涡为条件事件,使用线性随机估计方法得到了边界层中结构的拓扑形态,发现两种壁面条件下,流场中的拓扑结构具有相似性,近壁区结构都表现出一个鞍点一个焦点的结构,在对数律区表现出两个鞍点和两个焦点的结构。沟槽壁面流场近壁区鞍点与焦点的距离相比光滑壁面更远,倾角也小于光滑壁面;沟槽壁面对数律区流场两焦点之间的距离随法向位置的改变相比光滑壁面更稳定,剪切层的倾斜角也变的相对稳定。
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O357.5

【参考文献】

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本文编号：2717538