张润来[1]2004年在《边界层底层相干结构生成和演化的数值研究》文中研究表明本文采用紧致有限差分的方法结合谱方法直接求解叁维非定常不可压N-S方程。研究了湍流边界层底层相干结构的产生以及演化问题,以试图进一步了解相干结构生成的机制。本文采用Spading速度剖面作为基本流场。借助共振叁波的概念,分别采用T-S波模型和正态分布的波包模型,模拟单个相干结构。通过计算找到了最容易增长的模型,其参数与实验测得的数据比较接近。从计算中发现正态分布模型与T-S波模型分别对应于非对称和对称的相干结构,而且非对称的结构更容易增长。
王博[2]2015年在《激波/湍流边界层相互作用流场组织结构研究》文中指出本文以超声速及高超声速飞行器内流道中激波与湍流边界层相互干扰(SWBLI)为研究对象,采用实验与大规模数值模拟相结合的方法,对超声速湍流边界层及SWBLI流场组织结构和动态特征进行了研究。研究中建立和实现了可压缩湍流直接数值模拟方法(DNS)与大涡模拟方法(LES),其中采用了具有无耗散特性的分裂式高阶熵守恒形式的四阶中心差分方法、并通过类TVD特征滤波处理实现激波间断捕捉等;实现了‘数值滤波’和‘回收-调节’两种非定常湍流边界层生成方式,并实现了基于‘混合时间-尺度模型’和‘一方程模型’两种亚格子模型的LES数值模拟方法;通过NPLS流场显示和DNS数值模拟研究了超声速湍流边界层内部拟序结构,基于空间自相关分析和条件统计确认了速度条带结构的存在,并探讨了其特征尺度分布,揭示了与速度条带紧密关联的准流向涡结构;基于粒子轨迹积分和有限时间Lyapunov指数(FTLE)方法提取了湍流边界层内部典型的拉格朗日拟序结构,揭示了湍流边界层内部湍流输运特征。分析了SWBLI流场与理论无粘激波反射中波系结构及主流参数的差异,对比研究了不同入射激波强度下SWBLI流场时均波系结构、边界层形态及分离区尺度的变化,并在此基础上验证了SWBLI自由干扰理论;基于雷诺平均对SWBLI流场流向动量平衡进行了分析,确认了压力梯度与当地动量平衡在SWBLI流场中的主导作用;针对中等强度SWBLI流场开展了低频不稳定性研究,确认SWBLI流场动态特性对干扰强度的依赖与其时均意义上的‘自由干扰’共存。通过高分辨率NPLS流场显示、PIV速度场测量及DNS数值模拟揭示了SWBLI分离流场中存在的大尺度拟序结构及其与外层波系结构的相互作用;基于DNS数值模拟结果进行了时间/空间相关分析及条件统计,发现SWBLI分离流场大尺度对流结构与来流湍流边界层对数律层大尺度速度条带结构存在明显相关性;采用FTLE方法对SWBLI流场拉格朗日拟序结构进行了提取和分析,观察到湍流涡结构在分离点附近的显着变化以及SWBLI流场涡结构形态、尺度的显着差异。通过LES数值模拟研究了侧壁效应下的SWBLI流场叁维组织结构,揭示了侧壁效应下时均SWBLI分离流场与准二维SWBLI流场的显着差异,发现了有限展向尺度及侧壁边界层作用下的SWBLI叁维分离流结构变化规律,确认了伴随入射激波划过侧壁边界层时产生的后掠SWBLI流场结构及二次激波的生成、主入射激波结构的变形、强度变化等的影响,并基于此建立了侧壁效应下SWBLI流场组织结构分析物理模型。通过引入micro-ramp构型涡流发生器对上游湍流边界层及SWBLI流场拟序结构进行了诱导控制研究,揭示了micro-ramp对湍流边界层底层低速流体独特的收集和再分布功能。与湍流边界层自身速度条带结构相比,micro-ramp尾流在湍流边界层中形成的速度条带展向位置相对固定,时均意义上SWBLI区激波脚和再附点依次呈现展向波动,并将原本大尺度的分离流区割裂为展向排列的小尺度分离区。
陈林[3]2010年在《边界层转捩过程的涡系结构和转捩机理研究》文中研究说明在流体力学的研究领域中,从层流向湍流过渡的转捩问题是一个十分重要而又极为复杂的难题,至今仍有许多问题有待进一步的深入研究。本文采用了最为精确的直接数值模拟方法,对可压缩流平板边界层转捩过程中的涡系结构和转捩机理进行了研究和探索,展示了基于空间模式的边界层转捩后阶段的全过程,验证了以前的数值模拟和实验结果,基于我们的精确模拟结果,进行探索和讨论,提出自己的新观念,分析和揭示边界层转捩的新机理。文中采用直接数值模拟方法,通过叁阶TVD Runge-Kutta法求解非定常Navier-Stokes方程,空间离散采用高精度的六阶中心紧致格式,并采用了隐式六阶紧致滤波方法。为了更好地抑制边界处的非物理的数值反射波,在远场和出口边界处采用了考虑横流项和粘性项效应的特征无反射边界条件。入流条件设置为层流速度型迭加二维和叁维T-S扰动波。采用MPI信息传输协议和区域分解方法来实现并行化处理。直接数值模拟的结果表明统计平均的流动特性,如摩擦阻力系数,均流速度型,近壁剪切层的线性率,湍流区的对数率,以及扰动模态的空间发展与理论和实验结果很好地吻合。文中对边界层转捩过程进行了深入细致的研究,主要是转捩过程的非线性的后阶段的涡系结构,包括典型涡系的形成,转捩过程的重要现象及其联系,以及转捩晚期阶段的涡结构和流动无序化过程,探索边界层转捩机理,其研究工作主要有:1.研究了转捩过程中的典型涡系问题,着重于涡系结构,特别是流向涡和环状涡生成演化的一些新机理。数值结果表明,尽管两种转捩模式(K型和H型)在弱非线性阶段具有不同的特征性质和相应的空间分布模式,但是在边界层转捩的后阶段扰动发展的机理具有一致的典型涡系结构。直接数值模拟了转捩过程的细节,发现一种新的环状涡形成机理,是主流向涡和次生流向涡共同作用的结果。环状涡在流动转捩过程有着重要作用,环状涡的旋转运动将导致从无粘的高能量区到边界层内部的低能量区的巨大的动量和能量传输,没有环状涡就没有湍流的形成。2.基于细网格的DNS数值模拟结果,详细分析研究了转捩过程的一些重要现象及其对转捩流场的影响。复杂的上喷下扫现象,是和转捩流场的涡结构紧密相关。仔细地研究了Λ-涡和环状涡周围的具体流动结构,得到的典型涡结构与上喷下扫运动相互联系的结论是和实验结果一致的。研究揭示了二次下扫运动、正负尖峰结构和高剪切层、雷诺应力分布的形成机理,以及它们与环状涡的联系。特别是,数值结果表明环状涡结构在近壁区诱发形成了正尖峰结构,其传播速度比包围它的附近流体的速度大好几倍,等于环状涡的传播速度。3.在转捩的晚期阶段,对复杂的U形涡和桶形涡结构、湍流斑生成和小尺度涡等进行了研究。结果发现,环状涡链结构是稳定的,随着新环状涡形成,最前方的环状涡的涡量变弱、逐步耗散;另一方面,小尺度涡生成是次生涡和壁面间的干扰以及大涡结构的演化和诱导的结果。概言之,文中发展了可压缩流边界层转捩的高精度、高效率的数值模拟方法,通过对可压缩流边界层转捩过程中的涡系结构的精确数值模拟和和转捩机理的深入研究和探讨,清晰地描述了边界层转捩后阶段的整个过程,分析和揭示了一些新的机理,如环状涡的形成和演化、二次下扫现象、正尖峰结构特性以及小尺度涡结构的生成原理等,其研究工作有着重要的理论意义和应用前景。
董春红[4]2017年在《圆管螺旋流近壁相干结构与减阻性能研究》文中进行了进一步梳理圆管螺旋流在石油化工等领域应用的越来越多,目前,国内外对圆管螺旋流速度场变化规律研究较多,而对圆管螺旋流的湍流减阻研究较少,湍流的摩擦阻力是造成螺旋流动衰减的重要因素。湍流减阻的核心问题就是通过控制拟序结构来有效地降低壁面摩擦阻力。因此,本文对圆管螺旋流近壁相干结构进行了研究,分析相干结构的演化形成,并研究雷诺数、激振参数等条件对圆管螺旋流近壁阻力的影响。本文以圆管螺旋流为研究对象,考虑到近壁区流场的复杂性,通过大涡模拟(LES)方法进行计算,采取Top-hat滤波函数对流场滤波,小尺度涡应用湍动能输运亚格子模型(KET)处理,近壁区采用完全求解模式。应用Q准则判别法去识别圆管螺旋流近壁区的相干结构,分析近壁条带、涡量等值线、流向涡及发卡涡的形成机制,研究可解雷诺应力在近壁区的分布及壁面剪切力的脉动情况。根据壁面相干结构的分析结果,制定减阻模拟方案,分别从雷诺数、激振频率及激振振幅叁个方面对圆管螺旋流近壁区流场进行分析,从平均速度剖面、脉动速度均方根、脉动涡量均方根、雷诺应力以及壁面摩擦阻力等方面分析减阻效果。针对圆管螺旋流的流动特点构建PIV实验装置,并把结果与大涡模拟结果进行比较,对数值模拟进行验证,证明了数值计算模型和计算方法的正确性,说明上述计算方法对圆管螺旋流的数值模拟是合理的。本文的研究结果是对圆管螺旋流近壁区相干结构及壁面减阻问题的初步探讨,可以为后续的强螺旋流壁面减阻的控制方法提供理论指导。
褚佑彪[5]2013年在《激波干扰及超声速湍流边界层的数值模拟研究》文中指出激波和超声速湍流边界层的研究在流动物理和工程应用中都具有重要意义。本文采用直接数值模拟方法研究了激波-激波干扰和超声速湍流边界层的流动特性。文中着重探讨了激波-激波干扰中的非定常流动现象及反馈机制、超声速湍流边界层内流动拓扑的演化和壁面温度对超声速湍流边界层统计特性的影响。主要工作和研究成果如下：(1)研究了高超声速IV型激波-激波干扰的非定常流动特性。基于对涡量和胀压输运方程源项的分析,揭示了流动结构与剪切、压缩及热力过程之间的内在联系。详细地分析了流场中存在的非定常流动现象,包括超声速“喷流”冲击壁面、“喷流”激波的非定常运动、激波-边界层相互作用和旋涡-边界层相互作用等。研究表明：“喷流”激波的振荡和变形会产生“热斑”,导致物体表面热流峰值出现瞬时极大值；“喷流”激波和超声速“喷流”所诱导的剪切层相互作用,形成向上游传播的压缩波；压缩波与上游的弓形激波作用产生向物体传播的熵波和涡波。通过对压力场的本征正交分解发现,流场中的压缩波还与激波-边界层相互作用和旋涡-边界层相互作用相关联。基于对流场演化过程的分析,发现流场非定常运动的反馈机制与超声速“喷流”相关,由向上游传播的压缩波和向下游演化的相干涡结构构成反馈回路。基于自激振荡机制,定量地分析了流动的非定常特征,包括非定常运动的频率以及入射激波角度对运动频率的影响。此外,随着雷诺数的减小,流场由非定常状态变为定常状态。(2)研究了超声速湍流边界层内流体质点的拓扑结构演化。系统地分析了速度梯度不变量空间中不变量变化率的瞬时和平均统计特性。研究表明：不变量发生剧烈变化的可能性呈现明显的-3幂次律衰减特征；在归一化的不变量空间内,边界层外层的条件平均迹向内盘旋至原点,缓冲层的条件平均迹呈现极限环行为。基于不变量动力学演化方程统计分析了相互作用项、压力-Hessian相关项和粘性项对拓扑结构演化的贡献,揭示了压缩性对流动拓扑演化的影响。统计结果表明：拓扑结构的平均演化受压缩性的影响显着；不变量间的相互作用项决定了拓扑结构在不变量Q-R平面按顺时针方向演化；在局部压缩区和局部膨胀区,压力项的贡献起主导作用,但两个区域内的演化趋势是相反的；粘性项主要表现为耗散作用,导致速度梯度衰减,在粘性底层以外可以采用线性衰减模型来模化。(3)研究了壁面温度对超声速湍流边界层的湍流统计特性的影响。系统地分析了平均量和湍流脉动量的统计特征、拟序涡结构的空间结构以及应变与涡量的相互作用。结果验证了Morkovin假设的合理性,即壁面温度对湍流平均特征的影响主要通过平均密度和粘性的变化所体现。通过分析联合概率密度分布,本文建立了密度脉动和温度脉动之间、流向速度脉动和温度脉动之间的合理关系式。在边界层内层,拟序涡结构与壁面的夹角随着壁面温度的增加而增大；在边界层外层,拟序涡结构与壁面的夹角基本不受壁面温度影响。通过涡拉伸项定量分析了应变与涡量的相互作用；结果表明,在边界层内层第二主应变率相关项占主导,主要来源于不稳定应变占优区域(UN/S/S)和径向收缩、轴向拉伸的涡结构(SF/S),应变占优的UN/S/S的平均涡拉伸强度大于旋转占优的SF/S;在边界层外层第一主应变率相关项占主导,主要来源于SF/S,并且SF/S的平均涡拉伸强度大于UN/S/S。
杨绍琼[6]2015年在《壁湍流相干结构及其沟槽被动控制的PIV实验研究》文中指出本文以壁湍流多尺度相干结构为研究对象,以研究沟槽减阻技术为目的,综合采用2D TR-PIV(two-dimensional time-resolved particle image velocimetry),TRSPIV(time-resolved stereoscopic PIV)和TR-TPIV(time-resolved tomographic PIV)等叁种粒子图像测速技术,分别采集得到了不同雷诺数下光滑壁面、沟槽壁面湍流边界层内速度矢量场数据库,并辅以流动显示和HWA(hot-wire anemometry)测量技术,保证了数据库的可靠性。根据定义,分别计算得到Reθ≈2460时光滑壁面湍流边界层耗散尺度、剪切尺度、泰勒微分尺度、积分尺度等典型空间特征尺度分别为3-5,40-100,20-50,4000个壁面单位;其中耗散尺度、泰勒微分尺度随法向位置增加,剪切尺度在靠近壁面的区域随法向位置变化不明显,积分尺度基本不随法向位置变化。使用速度矢量对应分量的空间自相关法,计算得到的光滑壁面湍流边界层不同尺度湍涡的流向空间长度在小尺度情况下,总体上沿法向增大,且在近壁面,展向尺度与流向尺度相当,在湍流边界层外边界之外,湍涡结构的空间尺度逐渐趋于相等;大尺度的情况下,平板湍流边界层中湍涡结构的空间尺度随着法向位置先增加,后增加趋缓并基本保持不变,且总是流向尺度大于展向尺度,法向尺度最小。通过改进的象限分裂法和新条件相位平均技术分层检测和提取得到了一种含“鞍点”的反对称“四极子”相干结构,该统计模型的空间拓扑形态具有相似性,且在法向相似性最好;它与“猝发”事件及脉动涡量之间存在内在联系,以“喷射”事件为检测中心时,Q2和Q1共同作用使得壁面低速流体喷向外区;以“扫掠”事件为中心检测,Q3、Q4事件使得外区高速流体扫向壁面,即该“四极子”相干结构“猝发”事件是湍流动能产生和耗散的媒介;沿着流向自上游向下游,“猝发”事件发生存在着一个Q4-S-Q2-Q3-Q2-Q1-Q4-S-Q2-Q3-Q2-Q1的准周期,Q2事件发生的概率高于Q4事件。这类含“鞍点”的相干结构动力系统模型,是湍流边界层内湍涡结构的普适模型,是湍流形成、发展及维持的重要原因。零压力梯度光滑壁面和减阻沟槽壁面湍流边界层2D TR-PIV对比实验结果表明,在沟槽无量纲间距位于经典减阻曲线的黏性线性区时,在缓冲层内相同法向位置处,两类壁面湍流边界层各自基于摩擦速度的无量纲时均速度几乎相等,而对数律层明显外移,此时的减阻特征主要体现在沟槽壁面对对数律层的影响上,减阻主要与位于沟槽上方的(准)流向涡及其行为有关,流向涡的展向行为被抑制,边界层保持稳定;而对应沟槽间距位于减阻曲线的黏性线性区末段,减阻率在最优值附近,沟槽对边界层缓冲层影响明显,缓冲层厚度增加;减阻沟槽壁面无量纲时均速度明显增大,而在对数律层虽略有外移但趋于一致;减阻沟槽壁面湍流边界层沿流向湍流度及雷诺应力各分量皆比同条件下光滑壁面湍流边界层对应统计特征量要小,沟槽壁面降低了湍流边界层内流体的湍性;其沿流向平均偏斜因子和平坦因子总体上与光滑表面分布规律一致,但沟槽结构的存在降低了湍流边界层近壁区及对数律层的流向及法向偏斜因子,湍流流动的间歇性减小。沟槽壁面对湍流边界层“四极子”相干结构“猝发”事件产生影响,使得Q2和Q4事件的法向脉动速度均明显减小,沟槽减阻主要体现在抑制流体的法向脉动上;另外,沟槽使得“四极子”涡对的涡量强度减弱,降低了其对低速流体的诱导能力。可见,一方面沟槽使得湍流“猝发”事件次数减少;另一方面使得“猝发”事件强度减弱。即在沟槽附近,低速条带的“猝发”不像光滑壁面那么剧烈,这种强度较弱的湍流“猝发”,不会导致近壁区的(准)流向涡发展演化形成所谓的发卡涡(包)结构,也不会诱导产生更小的湍涡结构,从而相应减弱了湍流边界层内相干结构的发展和边界层内动量的交换,抑制和破坏了湍流的自维持机制,从而实现壁面减阻。TR-TPIV速度矢量场数据分析结果进一步验证了沟槽对湍流边界层内叁维典型“四极子”相干结构的影响。这类统计意义上的“四极子”相干结构存在于两种湍流边界层内不同法向高度处。沟槽削弱了边界层近壁区Q2和Q4“猝发”事件发生时,叁维“四极子”相干结构展向涡量的幅值。另外,“猝发”事件发生次数的统计值进一步表明沟槽对Q4事件的抑制最为明显,其抑制了边界层外区高速流体通过Q4事件扫向壁面的能力,从而减小了壁面摩擦阻力。沟槽的存在还使得湍流边界层内“四极子”相干结构的法向位置整体外移,叁维性更为明显,且其流向尺度更大。总之,沟槽的减阻效应贯穿湍流边界层缓冲层、对数律层及外区。另外,增阻沟槽湍流边界层烟雾流动显示实验证明了因“开尔文-亥姆霍兹”不稳定性的出现,使得沟槽边界层时-空平均流向速度剖面出现拐点而产生的展向“类开尔文-亥姆霍兹”涡棍结构的存在性;它们在沟槽间距刚刚超出最优减阻区时形成,主要出现在沟槽壁面边界层+≈26以内;典型的“类开尔文-亥姆霍兹”展向涡棍结构其流向波长+≈40-90,展向波长+≥100;流向相邻展向涡之间的距离?+≈150-200。TR-SPIV速度矢量场数据分析结果进一步验证了增阻沟槽湍流边界层内“类开尔文-亥姆霍兹”展向涡棍结构的存在性及其各特征长度尺度的量级,它们的生成及发展是沟槽减阻失效甚至增阻的根本原因。
谢华[7]2017年在《仿生壁面减阻机理及表面微结构设计方法研究》文中研究指明本文从水下航行体对高效减阻技术的迫切需求出发,借助先进的数值模拟技术,并辅以原理性试验验证,建立近壁湍流边界层精细流动结构特征参数与摩擦阻力的相关关系,揭示仿生壁面减摩阻技术的作用机理和规律,为新型仿生减阻技术的研发提供技术支撑和理论基础。论文首先对仿生减阻技术国内外发展现状进行了评述,对目前存在的主要问题进行了分析和讨论。其次建立了基于MEMS的剪应力水下测量技术,完成了MEMS剪应力传感器阵列水下标定及平板基准检验试验研究,并应用于SUBOFF潜艇模型剪应力测量水池试验,为开展仿生壁面湍流精细流动结构数值计算提供了有效的试验验证手段。开发了一种适用于仿生微结构表面精细流动结构模拟的LES数值计算方法,提出了能分辨湍流边界层流动中发卡涡空间尺度和猝发时间尺度的LES网格尺度选择准则,实现了高雷诺数下仿生微结构表面流动的全域计算;并通过MEMS剪应力测试结果以及国外相关试验和直接数值模拟结果验证,为开展仿生微结构减阻机理研究及优化设计提供了有效的技术手段。基于近代湍流理论和典型仿生壁面减摩阻机理的研究成果,分析提取了仿生壁面湍流边界层相干结构特征参数以及其中对壁面摩阻起决定作用的显着性参数,探讨了壁面摩阻与平均流及相干结构特征参数的相互关系,为仿生微结构表面减阻机理的量化研究和设计应用提供理论基础。基于上述理论分析和开发的LES方法,计算并分析了沟槽和随行波两种典型减阻表面的精细流动结构和减阻机理,获得了近壁流动特别是相干结构的特征参数变化规律,定量地揭示了这两种仿生表面的不同减阻机理,为仿生减阻表面微结构的设计提供技术指导。最后提出了耦合优化沟槽和随行波减摩阻机理的复合型减摩阻表面微结构的设计方法,设计一种仿生鱼鳞形复合减阻表面,分析评估其减阻效果,并验证了所提出的减摩阻思路、仿生复合表面减摩阻的设计思想,以及初步建立的近壁湍流结构特征参数与壁面摩阻的关系,相关成果为新型仿生减摩阻技术的研发奠定了基础。
张燕[8]2005年在《横流冲击射流涡旋结构的实验和数值研究》文中进行了进一步梳理本文的研究对象为受横流影响的冲击射流。横流冲击射流近区存在射流剪切层、冲击效应、壁射流及其与横流的相互作用,流场中涡旋结构的形成、演化特征和涡间相互作用机制复杂,目前在国内外尚缺乏深入研究。对横流冲击射流中涡旋结构随时间、空间的发展过程及其与环境横流、底壁边界相互作用的研究不仅能促进其在环境工程、水电工程等实际工程问题中的应用,而且能揭示流场中各种涡结构的内在机制和演化特征,为实施流动控制和改善流场特性提供基础。 本文采用水槽实验与数值研究相结合对横流冲击射流近区流场特征和涡旋结构进行了详细研究。实验研究采用激光诱导荧光(LIF)流动显示技术和PIV流场测量,主要研究环境水深、流速比等流动参数对横流冲击射流近区非定常流动特性和涡旋结构特征的影响;数值研究采用叁维非定常大涡模拟(LES),主要分析射流主体流动形态随时间、空间的发展演化以及射流在横流和底壁共同作用下形成的叁维涡旋特征等,与实验结果互为验证和补充。 根据实验LIF流动显示和PIV流场测量结果,冲击射流与横流相互作用形成的剪切层涡、射流尾迹涡、上游壁面涡和scarf涡随流动参数的变化,表现出不同的非定常流动特性,而且各种涡之间存在相互作用。射流主体迎流面和背流面初始形成的剪切层涡存在叁种分布形式,即近似对称型、交替型和螺旋型。随射流的发展,受横流影响以及涡间相互作用,剪切涡均会发展为围绕射流主体的螺旋型模式。迎流面剪切涡的分布较为规则,在发展过程中卷吸环境流体,涡间存在较明显的间隙。背流面射流尾迹涡不仅有水平面内的旋转和拉伸变形,还存在垂直平面内的扭转,表现出明显的叁维流动形态。相邻涡存在旋转方向相同以及旋转方向相反的多种排列形式,在射流主体后缘还有多条尾迹涡横向并列分布情形,其流动形态及形成机理均不同于以往研究较多的壁面边界层与射流作用下形成的横流尾迹涡结构。 射流到达底壁形成冲击后在射流主体上游出现大尺度壁面涡结构,其扩展范围和非定常运动特性依赖于冲击效应和横流影响。随流速比的减小或环境水
张楠, 陆利蓬, 段真真, 袁湘江[9]2008年在《湍流边界层内准流向发卡涡生成的数值模拟》文中研究表明采用根据共振叁波理论模型建立的初始准二维流场和直接数值模拟方法,对湍流边界层近壁区流向涡的生成进行了研究.计算得到了准流向发卡涡和次生准流向涡结构的生成过程及其主要特征,讨论了它们的产生机理.作为相干结构的主要特征,利用共振叁波理论模型对流向涡结构生成与演化过程的研究为湍流边界层内相干结构的研究与流动控制提供了新的途径和思路.
赵瑞杰[10]2007年在《周期性吹吸扰动对湍流边界层相干结构影响的实验研究》文中进行了进一步梳理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,研究叁者之间的相位关系。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。
参考文献：
[1]. 边界层底层相干结构生成和演化的数值研究[D]. 张润来. 天津大学. 2004
[2]. 激波/湍流边界层相互作用流场组织结构研究[D]. 王博. 国防科学技术大学. 2015
[3]. 边界层转捩过程的涡系结构和转捩机理研究[D]. 陈林. 南京航空航天大学. 2010
[4]. 圆管螺旋流近壁相干结构与减阻性能研究[D]. 董春红. 东北石油大学. 2017
[5]. 激波干扰及超声速湍流边界层的数值模拟研究[D]. 褚佑彪. 中国科学技术大学. 2013
[6]. 壁湍流相干结构及其沟槽被动控制的PIV实验研究[D]. 杨绍琼. 天津大学. 2015
[7]. 仿生壁面减阻机理及表面微结构设计方法研究[D]. 谢华. 中国舰船研究院. 2017
[8]. 横流冲击射流涡旋结构的实验和数值研究[D]. 张燕. 上海大学. 2005
[9]. 湍流边界层内准流向发卡涡生成的数值模拟[J]. 张楠, 陆利蓬, 段真真, 袁湘江. 应用数学和力学. 2008
[10]. 周期性吹吸扰动对湍流边界层相干结构影响的实验研究[D]. 赵瑞杰. 天津大学. 2007