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湍流边界层多尺度结构间歇性检测和控制的实验研究

作　者: 杨宇
导　师: 姜楠
学　校: 天津大学
专　业: 流体力学
关键词: 壁湍流相干结构控制局部平均结构函数条件平均波形
分类号: O357.54
类　型: 硕士论文
年　份: 2004年
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内容摘要

为了解壁面局部加热对湍流边界层多尺度流动结构的影响,以便对壁湍流多尺度相干结构进行控制,在平板上布置一组固定展向间距的沿流向的平行加热丝,用IFA300热线风速仪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在加热前后各法向位置的湍流流向速度的时间序列信号。对比研究了平板湍流边界层,加热前后各法向位置湍流多尺度相干结构的能量分布、发生概率、相对强度等统计性质的变化规律,分析了壁面平行流向涡控制湍流多尺度结构最终达到减阻效果的机理。同时计算了耗散尺度、泰勒尺度、剪切尺度和积分尺度等特征量,并给出它们沿平板湍流边界层法向位置的变化规律。用子波分析对湍流脉动速度信号进行多尺度分解,用自相关法得到不同尺度湍涡的空间长度,研究了子波分析的尺度参数a与耗散尺度、泰勒尺度、剪切尺度和积分尺度的对应关系。在研究过程中,验证了基于湍流结构局部平均概念的速度结构函数与Harr子波变换的一致性。提出了基于子波系数的瞬时强度因子、瞬时平坦因子的概念,及检测多尺度相干结构的准则。提取了湍流边界层中多尺度相干结构的条件平均波形, 研究了多尺度相干结构猝发的动力学过程。实验发现,提取出的各尺度相干结构具有一定的相似性,它们是湍流边界层产生间歇性和奇异标度律的原因。

全文目录

第一章引言  7-14
  1.1 湍流研究概述  7-9
  1.2 湍流边界层大尺度相干结构的实验研究  9-11
  1.3 湍流中的涡结构与子波分析  11-13
  1.4 本文的主要工作  13-14
第二章实验设备和测量技术  14-22
  2.1 实验设备  14-16
    2.1.1 低(变)湍流度风洞简介  14-15
    2.1.2 实验装置  15-16
  2.2 热线测速技术  16-19
    2.2.1 IFA300恒温热线风速仪  16-18
    2.2.2 热线探针校准器  18-19
  2.3 平板湍流边界层的实验测量  19-22
    2.3.1 平均速度剖面的测量  19-20
    2.3.2 壁面摩擦切应力的测量  20-21
    2.3.3 加热对壁面摩擦切应力的的影响  21-22
第三章湍流边界层多尺度流动结构的特征尺度分析  22-28
  3.1 湍流边界层多尺度流动结构概述  22-23
  3.2 子波分析简介  23-25
  3.3 湍流边界层流动结构的特征尺度分析  25-28
第四章湍流边界层多尺度相干结构的实验测量  28-43
  4.1 问题的提出  28-31
  4.2 局部平均多尺度速度结构函数与Harr子波变换  31-33
    4.2.1 局部平均速度结构函数  31-32
    4.2.2 Harr子波变换与局部平均多尺度速度结构函数  32-33
  4.3 用局部平均速度结构函数检测多尺度相干结构  33-35
  4.4 湍流边界层多尺度相干结构的条件相位平均波形  35-36
  4.5 湍流边界层多尺度相干结构的统计特性  36-39
    4.5.1 相干结构发生概率随尺度的分布  36-37
    4.5.2 湍流多尺度相干结构的能量随尺度分布  37-38
    4.5.3 相干结构的强度统计特性  38-39
  4.6 湍流边界层多尺度相干结构与湍流间歇性  39-41
  4.7 湍流边界层多尺度相干结构对ESS标度律的影响  41-43
第五章壁面流向涡控制湍流边界层多尺度相干结构的实验研究  43-52
  5.1 加热对湍流多尺度能量分布的影响  43-46
  5.2 加热对相干结构发生概率的影响  46-47
  5.3 加热对间歇性与强度的影响  47-52
参考文献  52-54
发表论文和参加科研情况  54-55
致谢  55

湍流边界层多尺度结构间歇性检测和控制的实验研究

内容摘要

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