固体颗粒对沟槽湍流边界层影响的实验研究

作     者：严冬 孙姣 高天达 陈丕 成雨霆 陈文义 Yan Dong;Sun Jiao;Gao Tianda;Chen Pi;Cheng Yuting;Chen Wenyi

作者机构：河北工业大学过程装备与控制工程系天津300130 河北工业大学化工学院化工节能过程集成与资源利用国家地方联合工程实验室天津300130 天津大学机械工程学院力学系天津300350 

出 版 物：《力学学报》 (Chinese Journal of Theoretical and Applied Mechanics)

年 卷 期：2021年第53卷第8期

页      面：2279-2288页

核心收录：

学科分类：080704[工学-流体机械及工程] 080103[工学-流体力学] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家自然科学基金(11572357,11602077) 河北省自然科学基金(A2021202009)资助项目 

主　　题：沟槽壁面 两相流 粒子图像测速 湍流边界层 相干结构 

摘      要：本文采用粒子图像测速技术(particles image velocimetry, PIV)研究固体颗粒对放置在平板湍流边界层中的平壁和沟槽壁面减阻效果的影响.实验对清水和加入粒径为155μm聚苯乙烯颗粒的流法向二维速度场信息进行采集,对不同工况下的平均速度剖面、雷诺应力和湍流度等统计量进行对比,分析流体在边界层中的行为.运用空间局部平均结构函数提取了不同工况湍流边界层喷射-扫掠行为的空间拓扑结构并进行比较.结果发现,在不同的壁面条件下,粒子加入后的对数律区中无量纲速度均略大于清水组,雷诺切应力有所降低,湍流度有所减弱.对于不同流场速度下的沟槽而言,颗粒的加入均降低了壁面附近的阻力,而颗粒单独作用于光滑壁面的减阻效果并不明显.加入粒子后的相干结构数目有所增加,法向脉动速度下降.沟槽壁面附近的相干结构数目有所增加,法向脉动速度在自由来流速度较大时有所上升,在速度较小时有所下降.这表明不同减阻状况下的沟槽均能将大涡破碎成更多的涡,并且粒子的加入强化了这种破碎作用.