波形壁面湍流場雷諾應(yīng)力與速度變形率弛豫效應(yīng)的TRPIV實驗研究.pdf

1、波形壁面湍流場雷諾應(yīng)力與速度變形率弛波形壁面湍流場雷諾應(yīng)力與速度變形率弛豫效應(yīng)的豫效應(yīng)的TRPIV實驗研究實驗研究ExperimentalInvestigationofRelaxationEffectBetweenReynoldsStressVelocityStrainRateinTurbulentFlowFieldoverWavyWallwithTRPIV學(xué)科專業(yè)：流體力學(xué)作者姓名：張安通指導(dǎo)教師：姜楠教授天津大學(xué)機械工程學(xué)院二零一二

2、年十二月摘要摘要本文借助先進(jìn)的湍流實驗測量技術(shù)——高時間分辨率粒子圖像測速技術(shù)（TRPIV）在低速回流式水槽中對波形壁面的湍流流場雷諾應(yīng)力與速度變形率的弛豫效應(yīng)進(jìn)行了實驗研究，研究波形壁面的強制作用對湍流流場的影響，對非平衡壁湍流邊界層雷諾應(yīng)力復(fù)渦黏性模型進(jìn)行實驗研究。利用二維TRPIV技術(shù)，以高時間分辨率對三個不同雷諾數(shù)下的波形壁面湍流空間流場進(jìn)行測量，得到瞬時湍流邊界層速度場空間分布的時間序列。分析了不同雷諾數(shù)下的流場的平均流向速度

3、、平均法向速度、湍流度等物理量的分布特征。發(fā)現(xiàn)了流向和法向速度云圖在流向方向上的周期性分布，以及波形壁面對近壁區(qū)的流向平均速度和法向平均速度都產(chǎn)生了較大影響，兩種平均速度分量在近壁區(qū)沿流向分布都具有明顯的周期性。運用象限分裂法研究了四個不同象限事件的分布及其對雷諾應(yīng)力的貢獻(xiàn)，發(fā)現(xiàn)Q2噴射事件和Q4掃掠事件占主要地位，其中Q2事件對雷諾應(yīng)力的貢獻(xiàn)量最大，Q4事件次之。通過研究雷諾應(yīng)力和平均速度變形率系綜平均的空間分布，發(fā)現(xiàn)兩者沿空間流向的

4、分布都有一定的規(guī)律性，即在法向方向上速度變形率在離開壁面后逐漸減小，而雷諾應(yīng)力是先增大然后減小。利用空間互相關(guān)技術(shù)分析雷諾應(yīng)力與平均速度變形率之間的流向相位關(guān)系，發(fā)現(xiàn)不同雷諾應(yīng)力分量與對應(yīng)的平均速度變形率分量在流向空間上存在相位差，發(fā)現(xiàn)在邊界層區(qū)域內(nèi)，速度變形率分量12S與雷諾應(yīng)力分量12R的相位差和速度變形率分量11S與雷諾應(yīng)力分量11R的相位差在離開壁面后，都先從零逐漸減小，在0.2?附近達(dá)到最小值，然后再逐漸增大。同時發(fā)現(xiàn)在一定的