高雷诺数湍流中高阶广义对数律的实验研究

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本文首先采用FLUENT软件,对位于中国巴丹吉林沙漠边缘高度为50m的气象观测塔,定量模拟了处于水平来流流向风速作用下,塔架周围流场的畸变规律。定量模拟结果显示:流向风速在塔架背风区域的畸变与已有野外测量和风洞实验结果良好吻合,由此证实了本文定量模拟结果的可靠性。在此基础上,本文给出了流向风速在塔架迎风区域的畸变规律,指出流向风速在塔架迎风区附近的亏损率随塔架方位角θ基本服从高斯分布,且无论水平来流流向风速多大和距塔架表面多近,在方位角θ=±55°附近均可基本忽略塔架对来流风速的影响。同时,详细揭示出展向的塔架诱导风速随离塔架表面距离和方位以及水平来流流向风速变化的规律,结果表明:塔架的诱导风速会随着水平来流流向风速的增大而增大,其最大值在展向可达到来流流向风速的15%左右。这些结果为野外观测实验的仪器安装提供了参考。接着,本文利用位于巴丹吉林沙漠东南边缘位置的观测系统采集的野外风场数据,补充分析了高雷诺数情况下的广义对数律及其系数Ap的雷诺数依赖性,并与Meneveau and Marusic (2013)的实验室结果进行了比较。结果表明:在高雷诺数条件下,风场也符合广义对数律,且与低雷诺数情况具有相同的对数形式;对于高阶矩(2p=4,6,8,10),系数Ap随雷诺数的增大而增大,阶数越高,系数Ap随雷诺数增大得越明显;在高雷诺数和中低雷诺数条件下,系数Ap均符合“亚高斯分布”,且该分布形式具有较弱的雷诺数依赖性。
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