壁湍流引入圆柱尾流扰动的复涡黏模型实验研究

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本文对风洞中平板湍流边界层近壁区引入圆柱尾流扰动的复涡黏模型进行了实验研究。采用热线测速技术,以高于对应最小湍流时间尺度的分辨率,在无扰动和引入圆柱尾流卡门涡街扰动两种实验条件下,用X型双丝热线探针,精细测量了平板湍流边界层中不同法向位置的瞬时流向和法向速度分量的时间序列信号,用双平行丝热线探针测量了上述各位置法向间距1mm的空间两点的流向速度的法向梯度的时间序列信号及流向间距1mm的空间两点的流向速度的流向梯度的时间序列信号。用多尺度子波分析方法对所测湍流脉动速度信号进行多尺度分解,用自相关方法确定不同尺度湍涡结构的时间尺度。用流向速度分量信号的多尺度子波系数作为特征量检测平板湍流边界层多尺度相干结构。用条件采样方法分离出湍流边界层流向速度多尺度相干结构成分及非相干结构成分。采用条件相位平均技术,提取平板湍流边界层相干结构流向速度的法向梯度和流向速度的流向梯度的条件相位平均波形,提取非相干结构成分对相干结构贡献的雷诺应力的条件相位平均波形。用互相关技术研究了在卡门涡街扰动下,平板湍流边界层不同法向位置相干结构平均速度变形率与非相干结构成分对相干结构贡献的雷诺应力之间的相位关系,与无扰动下相干结构平均速度变形率与非相干结构成分对相干结构贡献的雷诺应力之间的相位关系进行对比,进而研究了在卡门涡街扰动下湍流边界层相干结构的复涡黏系数模型及其沿平板湍流边界层不同法向位置的变化规律,发现相干结构平均速度变形率与非相干结构成分对相干结构贡献的雷诺应力之间存在相位差,而且相位差与相干结构的尺度以及喷射和扫掠的具体物理过程有关。
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