壁湍流相干结构雷诺应力的涡粘性本构关系及控制.pdf

中文摘要 在直流抽吸式低湍流度风洞中采用热线测速技术，对平板壁面无扰动情况以 及通过展向缝分别引入16、32、64Hz周期性吹吸扰动时湍流边界层多尺度相干 结构动力学行为及复涡粘系数模型进行了实验研究，验证了吹吸扰动控制湍流边 界层多尺度相干结构减小表面摩擦力的动力学机理。 用IFA300恒温式热线风速仪和双平行丝热线探针，以高于对应最小湍流时 间尺度(K01mogorov耗散时间尺度)的分辨率精细测量了风洞中平板壁面以及 引入不同频率扰动后湍流边界层的不同法向位置流向间距1衄空间两点的瞬时 流向速度分量及其流向梯度(速度变形率)的时间序列信号。 综合采用了子波分析技术和多尺度条件相位平均技术对数据进行分析处 理，使用流向速度子波系数来检测湍流边界层中多尺度相干结构的喷射和扫掠 过程，提取了未加扰动平板壁面湍流边界层和加入不同频率扰动后湍流边界层 多尺度相干结构的条件相位平均波形，对比研究了未加扰动平板壁面和引入 16、32、64Hz扰动后湍流边界层多尺度相干结构的脉动速度的动力学特征。 提取湍流边界层多尺度相干结构流向速度变形率的条件相位平均波形，非 相干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 不同法向位置、不同尺度相干结构喷射和扫掠时流向速度变形率与非相干脉动 对相干结构贡献的雷诺应力之间的相位关系，进而研究湍流边界层多尺度相干 结构的复涡粘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。 分析了平板未加扰动壁面与施加16、32、64Hz扰动壁面湍流边界层中多 尺度相干结构喷射和扫掠时流向速度变形率与非相干脉动对相干结构贡献的 雷诺应力之间相位关系的差异，进而分析了不同频率周期性吹吸扰动控制湍流 边界层多尺度相干结构的动力学机理。 关键词：湍流边界层；周期性吹吸扰动；多尺度相干结构；复涡粘系数模型 ABSTRACT UndistI曲ed distlⅡbed aIldsuction nat-plate锄dnat-plate byp耐odicblowing disturbancewitll1 arestudiedaIld to 6、32、64Hz五眙quenciescomparedperfom也e contr01 redu．ction in ofcoheremstllJcturesand iIlveStigation eddy drag pmciple t0 basetoref_methe turbulent inorder c伽叩lex bomlda巧layerproVideexperim肌tal muhi—scalecoherI：nts臼ⅥctIJres． eddyviscositymodelir冯of eddy Thne ofs仃e锄wisedirection and sequeIlce Veloc毋componeIltVeloc时铲adieIlt withiIlandwi也om16、32、64Hzblow—suctiondisturbancedi脑em p耐odic along IFA300constant wall-Ilomal缸ection haVebeen measured positions fmely by aI蚴meterand ina wind ternperatu