超疏水壁面壁湍流减阻机理的TRPIV实验研究

发布时间：2024-10-04 19:53

　　本文从湍流边界层中相干结构被动控制的角度,利用高时间分辨率粒子图像测速技术（TRPIV）对超疏水壁面（SH）壁湍流减阻机理进行了实验研究。利用壁湍流瞬时速度场的空间局部平均结构函数提出了空间多尺度局部平均涡量以及空间拟涡能。综合使用条件采样及空间相位平均技术,对超疏水壁面以及亲水壁面（PH）情况下湍流边界层中相干结构的空间特征进行提取,分析超疏水壁面对相干结构的影响,进而研究超疏水壁面的减阻机理。实验在雷诺数Re_??13500下进行,用湍流边界层平均速度剖面拟合壁面摩擦速度,通过摩擦速度计算摩擦切应力和摩擦阻力系数,得到超疏水壁面5.8%的减阻率。通过对超疏水壁面和亲水壁面的无量纲平均速度剖面、雷诺应力剖面、湍流度剖面等进行比较,结果显示,超疏水壁面表现出的减阻特性非常直观。文中还对两种壁面湍流边界层近壁区内相干结构的喷射和扫掠事件进行检测,将提取出来的猝发事件的平均速度展向涡量流线拓扑等物理量在相同法向位置处进行对比分析,发现超疏水壁面可以减弱喷射和扫掠事件的发生。在此基础上,引入拟涡能的概念,阐述了拟涡能的检测方法,得到两种壁面拟涡能的空间分布,从而获得每个法向...

【文章页数】：71 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1-1边界层的演化

第一章绪论物面沿法向至0.99Ue（Ue表示自由来流速度）位置之间的距离。图1-1显示了界层的演化过程，在这里我们只讨论湍流边界层。在湍流边界层中存在多种不类型相干结构，从数百倍壁面黏性长度单位尺度的内条带结构到数十倍边界层度量级的超大尺度运动[3]，这些相干结构随着尺....

图1-2湍流边界层速度剖面

图1-2湍流边界层速度剖面Figure1-2Profileofmeanflowinturbulentboundaryl相干结构的研究多尺度、有结构的不规则流体运动。研究者对湍流阶段，其中后两个阶段是当今研究湍流问题的主要湍流运动等同于气体分子运动，将湍流运动....

图1-3Q事件的定义Figure1-3ThedefinitionofQevent

了槽道湍流中流向涡的运动学特性，发现其以均速度）向下游移动，在移动过程中会向上抬起向位置和范围大小可用涡量均方沿壁面法向位大值(y+=20)可表示流向涡涡核平均法向高度值(y+=5)的差可表示流向涡的平均半径。流向涡构与周围流体存在速度差而产生剪切层，容易在条带附近。随着湍....

图1-4发卡涡的演化以及结构模型

流向涡开始抬升形成发卡涡，如图1-4所示，发卡涡是由两条沿流向拉长的涡腿与沿展向抬起成弓形的涡头相连而形成的。流向涡的一些部分因受到扰动向下游突出并逐渐抬升形成涡头，两端则仍然保持相对较低的速度，从而维持在近壁区运动形成涡腿，因此涡头和涡腿将处于不同法向高度。而随着法向高度的增....

本文编号：4007080