沟槽壁面湍流相干结构被动控制的热线测量

沟槽壁面减阻是船舶和管道输运中具有重要应用前景的减阻技术.应用热线测速技术,对沟槽壁面平板湍流边界层的多尺度相干结构被动控制和减阻机理进行了实验测量研究.从壁湍流多尺度相干结构控制的角度分析了沟槽壁面平板湍流边界层的减阻机理.用热线风速仪和双平行丝梯度热线探针测量了风洞中并排放置的沟槽壁面平板及光滑壁面平板湍流边界层在不同法向位置的瞬时流向速度分量及其流向梯度的时间序列信号.用流向速度分量时间序列信号的多尺度子波系数辨识壁湍流多尺度相干结构,用条件采样和相位平均技术提取了壁湍流多尺度相干结构喷射和扫掠时流向速度分茸及流向雷诺应力分量的相位平均波形.对沟槽壁面平板及光滑壁面平板湍流边界层多尺度相干结构的多种统计平均特征进行了比较,分析了沟槽壁面平板及光滑壁面平板湍流边界层中多尺度相干结构的条件相位平均波形、流向湍流强度等统计特征.     

子波分析检测壁湍流多尺度相干结构及间歇性

用热线风速仪精细测量了风洞中平板湍流边界层不同法向位置的流向速度分量的时间序列信号,用子波分析对湍流脉动速度信号进行多尺度分解,提出了用子波系数的瞬时强度因子和平坦因子检测多尺度相干结构的条件采样方法,提取了不同尺度相干结构的条件相位平均波形,研究了多尺度相干结构的统计特征.计算了子波系数的概率密度函数,研究了多尺度相干结构对其的影响.研究发现,提取出的各尺度相干结构是子波系数的概率密度在小概率位置是非Gauss分布的原因.当这些相干结构被分离出后,概率密度函数就回到Guass正态分布.     

平板边界层湍流的数值分析

对于不可压缩平板边界层的时间模式的直接数值模拟（DNS）而言,在转捩后继续计算,就可以得到湍流直接数值模拟结果．分析计算结果发现,当湍流充分发展后,其平均流剖面、各种量的脉动均方根值和雷诺应力等沿平板法向的分布都具有相似性．不过,从转捩完成至湍流充分发展之间有一过渡过程,其间上述相似性不成立．这一结果为简化但又较准确地计算工程技术问题中的湍流提供了一种可能性．此外,还分析了其他一些湍流特征,如形状因子和位移排移厚度随时间的演化规律．为了观察到相干结构,须将展向的计算域缩小一半,以增加分辨率,研究结果表明,湍流边界层近壁区存在相干结构,其主要表现是准流向涡或涡对．     

壁湍流周期性吹吸减阻的实验研究

为了研究局部周期性吹吸小扰动对湍流边界层的影响和湍流相干结构减阻控制机理,用实验方法研究了局部周期性吹吸小扰动与湍流边界层的相互作用.采用热线测速技术精细测量了施加吹扰动前后平板湍流边界层不同法向位置的流向、法向和展向速度分量的时间序列信号;通过测量扰动源下游近壁区域平均速度剖面的变化,发现在扰动下游一定空间范围内,粘性底层增厚和壁面减阻;通过对湍流度变化的分析,发现扰动影响猝发的发生;此外通过对展向平均涡量变化的分析发现,在扰动下游形成了2个定常的、强度相似的、大尺度的展向涡,它们起到流体滚动轴承的作用,减小了壁面摩擦阻力.     

湍流结构的正交分解与低阶近似及湍流相干模式的识别

对湍流结构的正交分解与低阶近似进行了探讨 ,并在正交分解的基础上建立了湍流相干结构相干模式的识别方法 .同时 ,还对射流、湍流边界层近壁区及槽道流动中湍流结构的正交分解与低阶近似进行了介绍     

应用正交离散小波变换提取湍流相干结构

认为相干结构是具有一定脉动强度的大尺度结构.通过正交离散小波变换,在离散小波系数的基础上,定义小波系数的间歇性系数,设定间歇性系数阀值,阀值以上的小波系数参与信号的重构,阀值以下的小波系数赋零处理(相当于过滤小脉动).认为相干结构是强脉动占主导,小脉动的成分最小,小脉动的能量也最小,提出能量比最小准则确定相干结构的尺度.     

湍流边界层微小尺度流动结构的精细实验测量

用热线风速仪以高于对应最小湍流时间尺度的分辨率,精细测量风洞中平板湍流边界层不同法向位置的流向速度时间序列信号.用子波分析对湍流脉动速度信号进行多尺度分解,用自相关法得到不同尺度湍涡结构的实际物理时间-空间长度,研究了子波分析的分尺度参数与湍流分尺度湍涡结构实际物理时间尺度的对应关系.并由实验测量得到的耗散尺度及泰勒微分尺度研究了耗散尺度、泰勒尺度等湍流微小尺度在湍流多尺度谱中的定位,分析了它们沿平板湍流边界层法向位置的变化规律,用多尺度条件采样方法提取了湍流边界层中微小尺度流动结构的条件相位平均波形.     

近壁区网格Δy对TTU建筑风场湍流计算的影响

为了研究近壁区网格厚度旬对建筑物风场绕流时湍流计算结果的影响,提高k-ε EARSM湍流模型用于建筑物数值风洞模拟的准确性,结合TTU试验建筑的实测数据,以△y为参数进行了数值风洞模拟。对k-ε EARSM的雷诺方程进行了解析,并推导了旬的简化计算公式。基于准稳态时步逼近技术,计算了（y=0．001、0．005、0．01、0．05和0．1m等5种工况下的时均流态,对绕流特征、湍动能分布和中轴线脉动风压系数、平均风压系数进行了比较。研究表明,过小的△y会导致高湍动区渗透进入近壁区,计算稳定性变差;过大的细则会降低高湍动区计算结果的准确性。据此,给出兼顾模拟精度与计算稳定性要求的△y变化范围为0．01～0．05m;并给出了△y上限值的经验计算公式。     

低波数下平板湍流边界层壁压起伏的波数—频率谱

基于Ｃｈａｓｅ的理论,对考虑了平板尺度及湍流壁面劈切应力起伏的平板湍流边界层壁压起伏的波数－频率谱进行了分析。结果表明：若考虑平板尺度及湍流壁面剪切应力起伏的影响,则平板湍流边界层壁压起伏的波数－频率谱不存在奇异点;与湍流壁面剪切应力起伏相比较,平权尺度对壁压起伏的波数－频率谱的影响更大;平板壁压起伏的波数－频率谱在低波数域内的谱峰发生了偏移。     

穿层固粒在湍流边界层内的运动特性

本文对稀固相气固两相湍流边界层流动，在平均场的意义和在固粒不影响边界层特性与忽略固粒相互作用的假定下，分析了穿层团粒所受作用力及其它因素对固粒运动特性的影响，研究了固粒穿越边界层后碰撞壁面时的不同现象，提出了湍流边界层内固粒运动特性分类准则，并且从磨损的角度探讨了气固两相边界展流动研究的前景。     

用平均速度剖面法测量湍流边界层壁面摩擦速度的对比研究

介质阻挡放电（DBD）激励器具有重量轻、无运动部件、易用及响应快等优势,在流动控制应用中受到广泛关注。等离子体湍流边界层减阻是DBD流动控制诸多应用之一,但DBD湍流减阻机制还需进一步探究。文章通过试验研究来流速度为10 m/s时DBD激励对平板湍流边界层摩擦阻力的影响。试验使用油膜干涉法测量摩阻的变化,利用热线风速仪和粒子图像测速系统（PIV）得到边界层内速度分布。其结果显示,在等离子体激励的作用下,测得的壁面摩擦因数减小。等离子体激励通过减小边界层缓冲层和对数区的速度,减少雷诺切应力以及湍动能,抑制了相干结构的发展,从而达到减阻的效果。

     

回转体微沟槽面湍流边界层流动实验测量

为了揭示具有减阻功能的沟槽面湍流边界层与光滑面湍流边界层流动的差异,结合粒子图像测速技术对流场无干扰及高精度全场测量的技术优势,在拖曳水池中,采用随车式PIV测量系统,开展了水下回转体分别粘贴微沟槽薄膜和光滑薄膜时的壁面湍流边界层流动显示及速度测量试验,对比分析了微沟槽薄膜湍流边界层和光滑薄膜湍流边界层的速度、速度梯度和流线分布图,说明了微沟槽对湍流边界层流动特征的影响规律:微沟槽薄膜有利于保持回转体壁面边界层流动的稳定,能够减少壁面涡的强度和发生频率,并降低近壁面区的速度梯度.     

利用线阵估计湍流边界层起伏压力模型参数

湍流边界层起伏压力模型是预报水听器阵流噪声及流激水下结构振动和声辐射的基础,但湍流边界层起伏压力模型(如Corcos模型)都为经验模型,含有多个需要试验确定的待定参数,其中包括点功率谱密度与迁移速度.在此利用一条20元小阵元(6mm)密排线阵在水洞中的测量数据估计湍流边界层起伏压力的波数频率谱,通过估计迁移峰谱密度级估计湍流边界层起伏压力的点功率谱密度级,利用高分辨率波数谱估计方法估计迁移波数并计算迁移速度.与利用单个水听器测量点功率谱密度及利用两个水听器相关时延测量迁移速度的方法相比,本文采用的方法在波数域分离了迁移峰和低波数的背景干扰,提高了置信度.数据分析结果表明,水洞中湍流边界层起伏压力的归一化迁移速度为0 75±0 05,点功率谱密度随流速的4～6次方增长.     

Experimental researches for scaling laws of low-order structure function in boundary layer

Scaling laws are addressed by analysing moments of velocity increments which obtained by Particle-image Velocimetry(PIV)system in the boundary layer of a flat plate.In the paper,we measure the moments of increments of upstream velocity(u'),longitudinal velocity(v')and ponderance of vorticity(dv'/dx)at Reθ=2167 in different wall distance and verify the anomaly of the scaling exponents of high-order structure functions with the increasing order of the moments,discuss the scaling of non-integer moments of order between+2 and-1.The difference of scaling exponents of low-order structure functions between the experimental data and Kolmogorov's,SL's(She Leveque)prediction increases as the moment order decreases toward-1,which shows that the anomaly is manifested in low-oeder moments as well.However,for same order structure functions,the scaling exponents of v' and dv'/dx are not changeable in different wall distance.     

流场拟序结构的三维小波分析算法

根据张量积和多分辨分析的理论，在二维空间正交小波基的基础上，得到三维空间正交小波基，然后实现三维的离散变换算法。通过将N－S方程变换到小波空间，建立了三维速度场的多尺度分析体系，得到三维混合层流场在不同尺度下的粗粒化图像，而且从小波系数直接计算出了许多局部性的统计量，如局部能谱、耗散率等，为了解流场拟序结构的特性提供了理论依据。