湍流边界层大尺度相干运动的阵列TRPIV测量

作     者：王轩 范子椰 唐湛棋 姜楠 WANG Xuan;FAN Ziye;TANG Zhanqi;JIANG Nan

作者机构：天津大学机械工程学院天津300354 天津市现代工程力学重点实验室天津300354 

出 版 物：《空气动力学学报》 (Acta Aerodynamica Sinica)

年 卷 期：2022年第40卷第1期

页      面：49-56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] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0703[理学-化学] 0802[工学-机械工程] 0701[理学-数学] 0702[理学-物理学] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家自然科学基金(11732010,11972251,11872272,12172242) 工业信息化部高技术船舶项目资助(批文:360) 

主　　题：湍流边界层 大尺度运动 小波变换 条件平均 TRPIV 

摘      要：使用高时间分辨粒子图像测速技术,研究湍流边界层中大尺度相干运动。由于大尺度运动的流向空间尺度与边界层厚度δ有关,因此沿流向排列4个高速相机进行拍摄,得到了约6.7δ×1.2δ的湍流边界层大视场,实验雷诺数Re_(τ)=422。针对流场中不同法向高度的流向脉动速度,采用沿流向方向进行空间小波变换的方法,得到不同空间尺度分量的脉动速度,并计算其占总流向脉动动能的比例,发现湍流边界层外区存在流向最大能量流向尺度,约为1δ。通过小波分解将湍流脉动速度场分为大尺度分量和小尺度分量。使用速度门限法,沿时间序列提取大尺度相干运动,利用泰勒冻结假设,将时间结构转化为空间结构,并与直接从空间得到的大尺度相干结构做对比。使用相位平均法测得大尺度相干结构的几何形态,发现从时间维度和直接从空间维度得到的喷射事件的流向尺度相近,而直接从空间提取的扫掠事件要比从时间提取的大。结果表明:流场中1δ尺度左右的大尺度运动是湍动能的主要贡献者;利用泰勒冻结假设可以从时间中提取出大尺度相干结构,与从流场空间直接提取的结果有着良好的一致性。