学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

人造发卡涡对湍流边界层相干结构的影响

作　者: 刘建华
导　师: 姜楠
学　校: 天津大学
专　业: 流体力学
关键词: 大尺度低速条纹结构 发卡涡 湍流边界层 展向涡
分类号: O357.5
类　型: 博士论文
年　份: 2009年
下　载: 88次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载
 

内容摘要


本文工作的主要目的是,通过向湍流边界层中引入单一人造发卡涡,对在湍流边界层中对数律区的大尺度低速条纹结构（>20δ）的产生机理进行探讨。在层流边界中,流动显示和单丝热线探针测量的结果表明:4.8Hz、最大速度约1.1ms-1（Rjet≈55%）的垂直于壁面的周期性射流,在自由来流约为2.0ms-1、边界层厚度约为12mm的层流边界层中,形成单一发卡涡。在射流出口下游10mm处及其下游,相位平均的流向脉动速度和发卡涡标示函数在三维空间（运用Taylor冻结假设）中的分布表明,低速区形成于人造发卡涡的上游、内部区域,高速区形成于人造发卡涡的外侧。通过整合在流向六个横截面处的相位平均的流向脉动速度信号和发卡涡标示函数,得到在一个扰动周期时间内（209ms）,人造发卡涡在层流边界层中随时间的发展、演化过程,且与流动显示结果相吻合。同时,在水平截面内,流向瞬时脉动速度呈现类似Hutchins等2007年在湍流边界层对数律区发现的大尺度条纹结构（>20δ）。向来流约为2.0ms-1、边界层厚度约为50mm的湍流边界层中,引入4.8Hz、最大速度约3.45ms-1（Rjet≈172%）的垂直于壁面的周期性射流,同时,单丝热线探针在射流出口下游40mm处的（流向-展向）横截面内,对射流扰动的湍流边界层进行测量。相位平均的流向脉动速度与基于流向速度分量的发卡涡标示函数,呈现发卡形涡结构,而且在对数律区发现与Hutchins等2007年在湍流边界层对数律区发现的大尺度条纹结构相似的大尺度低速条纹结构。与较弱垂直于壁面的周期性射流（Rjet≈55%）在湍流边界层对数律区形成的低速条纹相比较,得知尾流区占主导地位的负展向涡是形成对数律区大尺度条纹结构的根本原因。由流向平均速度的二阶导数与（层流和湍流）边界层中条纹结构的对应关系,得知足够强的边界层剪切,对在边界层中产生条纹结构,是必要的。通过对比两个不同雷诺数的湍流边界平均速度的二阶导数,解释了对数律区的大尺度低速条纹结构在高雷诺数的湍流边界层中较强,而易于发现的原因。

全文目录


中文摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
第一章绪论  9-36
  1.1 湍流边界层理论及湍流结构  9-11
    1.1.1 湍流边界层理论的提出及其发展  9-10
    1.1.2 湍流边界层中的流动结构  10-11
  1.2 湍流边界层中的条纹结构  11-18
    1.2.1 湍流近壁区的低速条纹结构  11-13
    1.2.2 湍流边界层对数律区及尾流区的大尺度低速条纹结构  13-14
    1.2.3 湍流边界层外区大尺度条纹结构形成机理的探索  14-18
  1.3 发卡涡  18-34
    1.3.1 湍流边界层中的发卡涡  18-27
    1.3.2 发卡涡在湍流边界层控制中扮演的角色  27-31
    1.3.3 生成人造发卡涡的主要方法  31-34
  1.4 本文主要工作  34-36
第二章 实验设备与技术  36-56
  2.1 实验设备与装置  36-41
    2.1.1 实验风洞介绍  36-39
    2.1.2 坐标架系统  39
    2.1.3 垂直于壁面的周期性射流控制系统  39-40
    2.1.4 转捩装置  40-41
  2.2 恒温热线测速技术及热线探针标定  41-47
    2.2.1 恒温热线测速技术  41-43
    2.2.2 热线探针响应频率  43-45
    2.2.3 热线探针标定及温度修正  45-47
  2.3 热线探针所处法向位置的确定  47-50
    2.3.1 热线探针的热敏感特性  47-48
    2.3.2 确定壁面位置  48-50
  2.4 热线探针信号中噪音的预防、识别和去除  50-53
    2.4.1 热线探针信号噪音的预防  50-51
    2.4.2 热线探针信号噪音的识别和去除  51-53
  2.5 自由来流速度的检测及对信号的修正  53-55
    2.5.1 自由来流速度的检测及对信号的修正  53-55
  2.6 本章小结  55-56
第三章 人造发卡涡层流流动显示  56-64
  3.1 烟的生成与推进方法  56-57
    3.1.1 发烟装置  56
    3.1.2 烟的推进方式  56-57
  3.2 流场测量  57-59
    3.2.1 层流流场测量  57-58
    3.2.2 垂直于壁面的周期性射流测量  58-59
  3.3 人造发卡涡烟流动显示结果  59-63
    3.3.1 人造发卡涡烟流动显示结果  59-63
  3.4 本章小结  63-64
第四章 人造发卡涡在层流边界层中的发展、演化过程  64-96
  4.1 层流边界层  64-65
    4.1.1 层流流向平均速度剖面  64-65
  4.2 引入垂直于壁面的周期性射流的层流边界层  65-68
    4.2.1 六个不同流向位置处的层流速度剖面  65-67
    4.2.2 垂直于壁面的周期性射流对层流流向平均速度剖面的影响  67-68
  4.3 人造发卡涡在层流边界层中的发展、演化过程  68-78
    4.3.1 人造发卡涡的三种可能形式  68-69
    4.3.2 层流边界层的迁移速度及Taylor冻结假设的应用  69-70
    4.3.3 在射流扰动的层流边界层中，相位平均的流向脉动速度  70-72
    4.3.4 基于流向速度分量的发卡涡标示函数  72-76
    4.3.5 在层流边界层中，基于流向速度分量的发卡涡标示函数及相位平均的流向脉动速度  76-78
  4.4 层流边界层中，与人造发卡涡相关联的条纹结构  78-79
    4.4.1 瞬时人造发卡涡  78-79
    4.4.2 不同法向位置处的条纹结构  79
  4.5 人造发卡涡在层流边界层中随时间演化过程  79-90
    4.5.1 在六个流向位置处，处于不同时刻的人造发卡涡  79-84
    4.5.2 三维人造发卡涡随时间的演化过程  84-90
  4.6 人造发卡涡对层流边界层统计量的影响  90-94
    4.6.1 层流边界层的湍流度  90-92
    4.6.2 层流边界层的偏斜因子  92-93
    4.6.3 层流边界层的平坦因子  93-94
  4.7 本章小结  94-96
第五章 人造发卡涡对湍流边界层的影响  96-122
  5.1 在湍流边界层中，有量纲及内尺度无量纲的流向平均速度剖面  96-102
    5.1.1 有量纲的流向平均速度剖面  96-97
    5.1.2 由速度梯度得到的壁面摩擦速度  97-99
    5.1.3 由基于速度梯度的壁面摩擦速度，无量纲的流向平均速度剖面  99-100
    5.1.4 由Coles law拟合得到的壁面摩擦速度  100-101
    5.1.5 由Coles law拟合得到壁面摩擦速度，无量纲的流向平均速度剖面  101-102
  5.2 垂直于壁面的周期性射流对湍流边界层流向平均速度剖面的影响  102-108
    5.2.1 垂直于壁面的周期性射流  102-103
    5.2.2 引入垂直于壁面的周期性射流扰动的湍流边界层流向平均速度剖面  103-104
    5.2.3 在引入射流扰动的湍流边界层中，由基于速度梯度的壁面摩擦速度无量纲的平均速度剖面  104-105
    5.2.4 在引入射流扰动的湍流边界层中，基于线性区速度梯度和Coles law拟合得到的壁面摩擦速度  105-106
    5.2.5 在引入射流扰动的湍流边界层中，由Coles law拟合得到的壁面摩擦速度无量纲的流向平均速度剖面  106-107
    5.2.6 垂直于壁面的周期性射流对流向平均速度剖面的影响  107-108
  5.3 湍流边界层中相位平均的人造发卡涡  108-114
    5.3.1 湍流边界层的迁移速度及Taylor冻结假设的应用  108-110
    5.3.2 在射流扰动的湍流边界层，相位平均的流向脉动速度  110-113
    5.3.3 湍流边界层中的相位平均的发卡涡标示函数  113-114
  5.4 与人造发卡涡相关联的条纹结构  114-117
    5.4.1 在射流扰动的湍流边界层中，在对数律区形成的瞬时条纹结构  114-115
    5.4.2 与人造发卡涡相关联的大尺度条纹结构  115-117
  5.5 人造发卡涡对湍流边界层统计量的影响  117-121
    5.5.1 人造发卡涡对湍流度的影响  117-118
    5.5.2 人造发卡涡对偏斜因子的影响  118-120
    5.5.3 人造发卡涡对平坦因子的影响  120-121
  5.6 本章小结  121-122
第六章 对数律区大尺度条纹结构产生机理的讨论  122-131
  6.1 与两个不同状态的人造发卡涡相关联的对数律区条纹结构  122-125
    6.1.1 在湍流边界层中，两个不同强度的射流形成的发卡涡  122-124
    6.1.2 与两个不同状态的人造发卡涡相关联的对数律区条纹结构  124-125
  6.2 雷诺数对湍流边界层大尺度低速条纹结构的影响  125-130
    6.2.1 大尺度条纹结构的出现与边界层平均流向速度剪切之间的对应关系  125-127
    6.2.2 在湍流边界层中，雷诺数对大尺度低速条纹结构的影响  127-130
  6.3 本章小结  130-131
第七章 全文总结与展望  131-134
  7.1 全文结论与创新点  131-133
    7.1.1 全文结论  131-132
    7.1.2 本文创新点  132-133
  7.2 工作展望  133-134
参考文献  134-143
发表论文和科研情况说明  143-144
  攻读博士期间所发表的论文  143
  攻读博士期间所参与的科研项目  143-144
致谢  144

相似论文

  1. 基于统计能量法的潜射导弹振动噪声分析研究,TJ760
  2. 加入周期吹吸扰动的平板湍流边界层复涡黏模型实验研究,O357.5
  3. 湍流边界层多尺度相干结构复涡黏性模型的实验研究,O357.5
  4. 壁湍流相干结构雷诺应力的涡粘性本构关系与控制,O357.5
  5. 低速条件下沟槽壁面湍流边界层减阻机理的实验研究,O357.5
  6. 周期性人工扰动在湍流边界层衰减和演化的实验研究,O357.5
  7. 沟槽面湍流边界层减阻的数值研究,O357.5
  8. 湍流多尺度结构迁移速度实验研究,O357.5
  9. 微传感器的传热模拟与湍流间歇性的PIV实验研究,O357.5
  10. 船舶典型结构声性能仿真分析,U661.7
  11. 平板湍流大涡模拟数值计算研究,O357.5
  12. 水下条纹沟槽表面减阻特性研究,O357.5
  13. 高超声速进气道流场数值模拟与试验研究,V231
  14. 周期性抽吸扰动对湍流边界层多尺度相干结构影响的实验研究,O357.52
  15. 周期性吹吸扰动对湍流边界层相干结构影响的实验研究,O357.5
  16. 多尺度相干结构对尺度相似亚格子模型影响的实验研究,O357.5
  17. 圆柱尾迹周期性流动结构对湍流边界层影响的实验研究,O357.5
  18. Laval喷管内激波/湍流边界层干扰的数值模拟,TF72
  19. 脊状表面减阻特性及其结构优化设计研究,O357
  20. 随行波表面水下减阻降噪的理论及实验研究,TB535
  21. 气固两相平面混合层的直接数值模拟及扰动波对平面混合层的影响,TK121

中图分类: > 数理科学和化学 > 力学 > 流体力学 > 粘性流体力学 > 湍流（紊流）
© 2012 www.xueweilunwen.com