沟槽壁面颗粒负载湍流结构分析

采用粒子图像测速(PIV)技术分别研究沟槽壁面对于清水及颗粒负载壁湍流相干结构的影响。试验对清水及加入粒径为155μm聚苯乙烯颗粒的流法向二维速度场信息进行采集,运用空间局部平均结构函数法,提取了4种工况下喷射和扫掠过程中的流向速度、流向脉动速度、雷诺应力及展向涡量。结果表明,沟槽壁面使清水工况和含颗粒湍流流动中流体相的喷射事件的流向速度和展向涡量增加,流向脉动速度和雷诺应力减少,边界层内的动量交换减弱。对于扫掠事件,沟槽壁面对清水工况的影响不大,在颗粒负载两相流中沟槽壁面使流向速度、流向脉动速度和雷诺应力明显增强,展向涡量略微增大。在含颗粒湍流流动中沟槽壁面可以显著增强湍流相干结构中喷射事件的猝发频率,使喷射事件数量高于扫掠事件,喷射事件对边界层内的动量交换具有主导作用,进而增强近壁颗粒向高速流体区的输运效率,沟槽壁对颗粒输运具有积极作用。