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平板湍流边界层外区卡门涡街扰动的实验研究

作　者: 隋相坤
导　师: 姜楠
学　校: 天津大学
专　业: 流体力学
关键词: 湍流边界层多尺度相干结构复涡黏模型子波分析卡门涡街相位差
分类号: O357.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 52次
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内容摘要

本文对平板湍流边界层外区卡门涡街周期性扰动对多尺度相干结构的影响进行了实验研究。实验在风洞中进行,使用IFA300恒温式热线风速仪,在外区引入卡门涡街周期性扰动前后,以高于对应最小湍流时间尺度的分辨率精细测量了平板湍流边界层。实验使用双平行丝热线探针测量了不同空间位置法向间距1mm两点的瞬时流向速度分量及其流向、法向梯度的时间序列信号,使用X型热线探针测量了流向、法向速度分量的时间序列信号。用多尺度子波分析方法对湍流脉动速度信号进行分解,用自相关方法确定不同尺度湍涡结构的时间尺度。用流向速度分量信号的多尺度子波系数作为特征量检测平板湍流边界层多尺度相干结构。用条件采样方法分离出湍流边界层流向速度多尺度相干结构成分及非相干结构成分。用条件相位平均技术提取平板湍流边界层多尺度相干结构流向速度的法向梯度的条件相位平均波形,随机脉动对相干结构贡献的雷诺应力的条件相位平均波形。用互相关技术研究了平板湍流边界层不同法向位置多尺度相干结构猝发时流向速度的法向梯度与随机脉动对相干结构贡献的雷诺应力之间的相位关系,验证了相位差的存在,进而研究了湍流边界层多尺度相干结构的复涡黏模型及涡黏性系数随平板湍流边界层不同法向位置的变化规律。通过实验研究了卡门涡街对湍流边界层内相干结构的影响。对于一个理想的相干结构模型,在其影响的区域内,随机成分产生的雷诺应力分量和相干结构法向速度变形率之间的相位差是一个与该相干结构自身有关的常数。

全文目录

中文摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-19
  1.1 湍流以及湍流相干结构研究概述  8-9
  1.2 湍流涡黏性模型简介  9-14
    1.2.1 湍流涡黏性模型的提出  9-11
    1.2.2 湍流涡黏性模型及其物理意义  11-12
    1.2.3 湍流相干结构的复涡黏模型  12-14
  1.3 湍流相干结构的检测  14-17
  1.4 本文的工作  17-19
第二章实验设备与测量技术  19-27
  2.1 实验设备与装置  19-20
    2.1.1 三元回流式风洞简介  19-20
    2.1.2 实验装置简介  20
  2.2 热线测速技术  20-26
    2.2.1 热线风速仪原理  20-22
    2.2.2 IFA300 恒温式热线风速仪  22-24
    2.2.3 热线探针校准器  24-26
  2.3 三维自动控制坐标架  26-27
第三章实验流场的测量与测量结果分析  27-32
  3.1 实验测量方法  27-28
  3.2 无扰动的平板湍流边界层的测量  28-31
  3.3 外区卡门涡街周期性扰动对平板湍流边界层影响的测量  31-32
第四章湍流边界层多尺度相干结构复涡黏模型的实验研究  32-57
  4.1 子波变换与湍流多尺度局部平均结构函数  32-36
    4.1.1 基于局部平均概念的速度结构函数  32-34
    4.1.2 Harr 子波变换与湍流多尺度局部平均结构函数的关系  34-36
  4.2 子波分解湍流多尺度结构  36-38
  4.3 用子波分析检测湍流多尺度相干结构和条件相位平均波形的提取  38-46
  4.4 复涡黏模型 r_(12)|~项的实验验证及其实验研究  46-52
  4.5 复涡黏模型 r_(11)|~项的实验验证及其实验研究  52-57
第五章结论  57-58
参考文献  58-60
发表论文和科研情况说明  60-61
致谢  61

平板湍流边界层外区卡门涡街扰动的实验研究

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