人工合成微射流周期吹吸扰动控制壁湍流相干结构的实验研究

作     者：高赛芃 白建侠 程肖岐 田海平 姜楠 GAO Saipeng;BAI Jianxia;CHENG Xiaoqi;TIAN Haiping;JIANG Nan

作者机构：天津大学机械工程学院力学系天津300354 天津仁爱学院数学教学部天津301636 太原理工大学力学系山西太原030024 

出 版 物：《实验力学》 (Journal of Experimental Mechanics)

年 卷 期：2023年第38卷第6期

页      面：723-731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：国家自然科学基金项目(11972251,12172242,12202309,12202310) 中德合作研究小组基金项目(GZ1575) 中国博士后基金项目(2022M712357) 

主　　题：湍流边界层 合成微射流 条件相位平均 VITA法 子波分析 

摘      要：湍流的壁面摩擦阻力与壁湍流相干结构的猝发过程有重要关系。减少壁面摩擦阻力的方法之一,就是通过对壁湍流的相干结构进行控制实现的。为探究人工合成微射流的减阻效果,通过控制镶嵌在壁面空腔上的压电振子进行周期振荡,在壁面产生人工合成微射流,实现壁湍流结构猝发主动控制。利用单丝边界层热线探针,对施加人工合成微射流扰动前后平板湍流边界层的流向速度信号进行测量;利用子波变换和能量最大尺度准则提取出最大含能尺度脉动速度信号的骨架后,通过自相关法确定VITA法的平均周期T和门限值K;利用VITA法对湍流脉动速度信号进行检测,得到相干结构猝发的条件相位平均波形。研究结果表明,施加一定频率和振幅的人工合成微扰动以后,湍流边界层平均速度剖面的黏性底层增厚,对数律层上移。人工合成微射流能够抑制近壁相干结构的猝发,使近壁相干结构的振幅明显降低,从而产生减阻效果。同时,人工合成微射流只能控制近壁区域相干结构猝发,在远离壁面区域无法产生控制效果。