流向狹縫周期吹吸擾動控制壁湍流相干結(jié)構(gòu)的實驗研究.pdf

1、在壁湍流中引入空間展向周期分布的流向狹縫周期吹吸射流，利用局部周期吹吸擾動對壁湍流相干結(jié)構(gòu)進(jìn)行控制。用熱線風(fēng)速儀對受擾前后湍流邊界層的脈動速度信號進(jìn)行測量，綜合采用概率統(tǒng)計平均、付立葉變換、條件采樣、子波和子波包變換等技術(shù)對壁湍流速度信號進(jìn)行分析，研究吹吸擾動對壁湍流相干結(jié)構(gòu)、能譜、間歇性的影響以及壁湍流中基本流場的變化規(guī)律。 提出多尺度關(guān)聯(lián)的子波系數(shù)局部極值和子波系數(shù)多尺度自相關(guān)函數(shù)辨識壁湍流相干結(jié)構(gòu)的方法，發(fā)現(xiàn)緩沖層相干結(jié)構(gòu)

2、的速度脈動較外區(qū)更劇烈，壁湍流相干結(jié)構(gòu)在時空分布中呈多尺度特征；提出采用子波包提取脈動速度信號中擾動成分的方法，結(jié)果顯示該方法較FFT數(shù)字濾波法更準(zhǔn)確；運(yùn)用高階消失矩子波函數(shù)進(jìn)行子波湍譜分析，可以有效減少湍譜能量泄漏，提高湍流信號譜分析的準(zhǔn)確性。 通過子波變換與VITA條件采樣法等多種檢測方法的比較，發(fā)現(xiàn)施加吹吸擾動使得緩沖層內(nèi)最大含能尺度的湍流相干結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度明顯降低，抑制了壁湍流的猝發(fā)過程，延長了平均猝發(fā)間隔，減少了猝發(fā)的數(shù)量

3、和強(qiáng)度，使相干結(jié)構(gòu)的條件平均波形和子波重構(gòu)脈動速度波形的幅值明顯降低，說明該方法是控制壁湍流相干結(jié)構(gòu)的一種有效方法。 通過湍譜分析，發(fā)現(xiàn)壁湍流慣性子區(qū)的波數(shù)范圍與法向位置有關(guān)。隨著法向位置靠近壁面，壁湍流慣性子區(qū)的波數(shù)范圍向高波數(shù)區(qū)移動，能譜逐漸偏離均勻各向同性湍流的-5/3次冪。從提取的壁湍流相干結(jié)構(gòu)脈動速度波形上看，緩沖層相干結(jié)構(gòu)速度脈動較外區(qū)更劇烈。 通過子波譜和最大熵譜法分析吹吸擾動對湍流能譜的影響，發(fā)現(xiàn)施加的低

4、頻吹吸擾動改變了壁湍流各尺度湍流相干結(jié)構(gòu)的能量分布，含能最大的相干結(jié)構(gòu)能量損失最多，小尺度湍流結(jié)構(gòu)的能量有所增加。擾動在對數(shù)層外區(qū)的影響迅速消失，湍流能譜恢復(fù)到擾動前的狀態(tài)。 對加擾前后壁湍流小尺度結(jié)構(gòu)的間歇性研究發(fā)現(xiàn)，慣性子區(qū)的標(biāo)度指數(shù)比耗散區(qū)的標(biāo)度指數(shù)小。緩沖層的標(biāo)度指數(shù)與線性標(biāo)度律偏差很大，顯示出較強(qiáng)的奇異性，對數(shù)層及外區(qū)標(biāo)度指數(shù)逐漸接近均勻各向同性湍流的狀態(tài)。吹吸擾動使緩沖層內(nèi)小尺度湍流結(jié)構(gòu)的標(biāo)度指數(shù)下降，間歇性進(jìn)一步增