人造發(fā)卡渦對(duì)湍流邊界層相干結(jié)構(gòu)的影響.pdf

1、本文工作的主要目的是，通過(guò)向湍流邊界層中引入單一人造發(fā)卡渦，對(duì)在湍流邊界層中對(duì)數(shù)律區(qū)的大尺度低速條紋結(jié)構(gòu)(＞20δ)的產(chǎn)生機(jī)理進(jìn)行探討。
　　 在層流邊界中，流動(dòng)顯示和單絲熱線探針測(cè)量的結(jié)果表明：4.8Hz、最大速度約1.1ms-1(Rjet≈55％)的垂直于壁面的周期性射流，在自由來(lái)流約為2.0ms-1、邊界層厚度約為12mm的層流邊界層中，形成單一發(fā)卡渦。在射流出口下游10mm處及其下游，相位平均的流向脈動(dòng)速度和發(fā)卡渦標(biāo)示函

2、數(shù)在三維空間(運(yùn)用Taylor凍結(jié)假設(shè))中的分布表明，低速區(qū)形成于人造發(fā)卡渦的上游、內(nèi)部區(qū)域，高速區(qū)形成于人造發(fā)卡渦的外側(cè)。通過(guò)整合在流向六個(gè)橫截面處的相位平均的流向脈動(dòng)速度信號(hào)和發(fā)卡渦標(biāo)示函數(shù)，得到在一個(gè)擾動(dòng)周期時(shí)間內(nèi)(209ms)，人造發(fā)卡渦在層流邊界層中隨時(shí)間的發(fā)展、演化過(guò)程，且與流動(dòng)顯示結(jié)果相吻合。同時(shí)，在水平截面內(nèi)，流向瞬時(shí)脈動(dòng)速度呈現(xiàn)類似Hutchins等2007年在湍流邊界層對(duì)數(shù)律區(qū)發(fā)現(xiàn)的大尺度條紋結(jié)構(gòu)(＞20δ)。

3、>　　 向來(lái)流約為2.0ms-1、邊界層厚度約為50mm的湍流邊界層中，引入4.8Hz、最大速度約3.45ms-1(Rjet≈172％)的垂直于壁面的周期性射流，同時(shí)，單絲熱線探針在射流出口下游40mm處的(流向-展向)橫截面內(nèi)，對(duì)射流擾動(dòng)的湍流邊界層進(jìn)行測(cè)量。相位平均的流向脈動(dòng)速度與基于流向速度分量的發(fā)卡渦標(biāo)示函數(shù)，呈現(xiàn)發(fā)卡形渦結(jié)構(gòu)，而且在對(duì)數(shù)律區(qū)發(fā)現(xiàn)與Hutchins等2007年在湍流邊界層對(duì)數(shù)律區(qū)發(fā)現(xiàn)的大尺度條紋結(jié)構(gòu)相似的大尺度

4、低速條紋結(jié)構(gòu)。與較弱垂直于壁面的周期性射流(Rjet≈55％)在湍流邊界層對(duì)數(shù)律區(qū)形成的低速條紋相比較，得知尾流區(qū)占主導(dǎo)地位的負(fù)展向渦是形成對(duì)數(shù)律區(qū)大尺度條紋結(jié)構(gòu)的根本原因。
　　 由流向平均速度的二階導(dǎo)數(shù)與(層流和湍流)邊界層中條紋結(jié)構(gòu)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，得知足夠強(qiáng)的邊界層剪切，對(duì)在邊界層中產(chǎn)生條紋結(jié)構(gòu)，是必要的。通過(guò)對(duì)比兩個(gè)不同雷諾數(shù)的湍流邊界平均速度的二階導(dǎo)數(shù)，解釋了對(duì)數(shù)律區(qū)的大尺度低速條紋結(jié)構(gòu)在高雷諾數(shù)的湍流邊界層中較強(qiáng)，而易于