用平均速度剖面法测量湍流边界层壁面摩擦速度的对比研究

基于不同雷诺数平板湍流边界层平均速度剖面,分别采用黏性底层拟合、对数律区拟合以及Spalding公式拟合算法计算了壁面摩擦速度,并对平均速度剖面进行无量纲化。通过比较无量纲化的平均速度剖面与理论规律曲线,验证了三种拟合计算方法的有效性。通过比较三种拟合算法所得的壁面摩擦速度与油膜干涉法直接测得的壁面摩擦速度之间的误差,并分析不同拟合算法误差形成的内在机制,验证了三种拟合算法计算结果的准确性与可靠性。结果表明Spalding拟合算法计算结果的准确性和可靠性都要优于其他两种拟合算法。

展向周期振动平板的近壁面流场特性实验

为了研究壁面展向振动对壁面摩擦阻力及近壁面流场湍流强度的影响,本文开展了在水槽中利用粒子图像测速方法(PIV)分析薄板表面流场信息的实验研究。将一薄板放置于低速水槽中,通过激振器使薄板展向振动,调节激振器的振幅和频率实现不同工况,薄板前缘安置激流丝用以激发壁面湍流。利用粒子图像测速方法连续采集一段时间内的近壁面法向速度剖面,观察近壁面漩涡分布情况,并利用将平均速度剖面与经典湍流对数律拟合的方法估测壁面摩擦应力,为了研究湍流强度影响,对结果进行处理,得到流向速度与法向速度脉动均方根。结果发现:振动后近壁面的漩涡分布明显较少,速度波动明显减弱,流场速度特性趋于层流特性;在振动工况下估测的壁面摩擦阻力均小于非振动工况下,并且在实验工况内振幅和频率增大,减阻效果增强,说明了振动的强度对减阻特性有影响;同时,振动均减小了脉动速度均方根,削弱了近壁面湍流强度,也说明了减阻的机理是降低了近壁面湍流强度,使近壁面流动趋于层流。

壁面局部粗糙对大涡结构作用的非线性演化研究

在构建大涡结构理论模型的基础上,采用局部喷入和吸出的结构来模拟局部粗糙壁面诱导的感应扰动场,数值研究局部粗糙对大涡结构之间非线性作用的影响问题。数值结果表明,局部粗糙壁面诱导的感应扰动改变了原平均速度剖面的稳定性特性及感应扰动流场的三维性对激励大涡结构的快速增长起了关键性的作用。