湍流边界层多尺度相干结构复涡黏性模型的实验研究

论文摘要

本文采用热线测速技术,对风洞中平板湍流边界层多尺度相干结构动力学的复涡黏性模型进行了实验研究。使用IFA300恒温热线风速仪、双平行丝热线探针,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中不同法向位置法向间距1mm的空间两点的瞬时流向速度分量及流向速度的法向梯度的时间序列信号。用同样的测量方法使用X型双丝热线探针测量了上述各法向位置的流向、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多尺度分解,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,进而研究了湍流边界层多尺度相干结构的复涡黏系数模型及其沿平板湍流边界层不同法向位置的变化规律。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 湍流简述
• 1.2 壁湍流相干结构实验研究简述
• 1.2.1 壁湍流相干结构流动显示研究
• 1.2.2 壁湍流相干结构的实验测量研究
• 1.2.3 用子波分析检测壁湍流相干结构
• 1.2.4 客观识别和检测湍流相干结构的综合方法
• 1.3 湍流多尺度相干结构的理论
• 1.3.1 从结构函数到局部平均结构函数
• 1.3.2 局部平均结构函数与子波变换的关系
• 1.3.3 湍流间歇性、奇异标度律与多尺度相干结构
• 1.4 湍流涡黏性模型研究背景
• 1.4.1 湍流涡黏性模型
• 1.4.2 湍流复涡黏性模型的物理设想与问题的提出
• 1.4.3 湍流相干结构的运动方程及涡黏系数
• 1.5 本文的工作
• 第二章 实验设备与测量技术
• 2.1 实验设备与装置
• 2.1.1 三元回流式低湍流度风洞简介
• 2.1.2 光滑平板测量装置简介
• 2.2 热线测速技术
• 2.2.1 热线风速仪原理
• 2.2.2 IFA300 恒温热线风速仪
• 2.2.3 热线探针校准器（Calibrator）
• 2.3 三维自动控制坐标架
• 第三章 实验流场的测量与测量结果分析
• 3.1 实验测量方法
• 3.2 平板湍流边界层平均速度剖面的测量
• 第四章 湍流边界层多尺度相干结构复涡黏性模型的实验研究
• 4.1 子波变换与湍流多尺度局部平均结构函数
• 4.1.1 基于局部平均概念的速度结构函数
• 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
• 4.2 子波分解湍流多尺度结构
• 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
• 4.4 复涡黏性模型的实验验证及其实验研究
• 第五章 结论
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢