流向凹曲率壁面湍流边界层的TRPIV实验研究

摘要：

带有曲率和压力梯度作用的湍流边界层广泛地存在于各类工程应用中.以带有流向凹曲率的壁面(简称凹壁面)模型为研究对象,利用双相机大小视场的TRPIV系统分别测量了上游和下游两个不同流向位置的瞬时速度场.以光滑平板模型的实验数据为基准,研究了凹壁面上湍流边界层的变化规律.通过对比光滑平板的平均速度剖面和雷诺应力剖面,发现凹壁面情况下的平均速度剖面逐渐偏离了传统对数律,且湍流强度比平板情况下更弱.以Λci准则识别出的顺向涡为条件进行条件相位平均,发现凹壁面中涡上方正脉动的峰值与空间尺度的变化相反,而下方的负脉动比平板情况更强.进一步使用空间两点相关方法提取相干结构,同时利用椭圆拟合的方法计算近壁区相干结构与壁面的倾角,发现凹壁面上相干结构沿流向的空间尺度逐渐增大.结果表明:当湍流边界层受到凹曲率和顺压梯度的共同作用时,近壁附近与尾迹区内湍流强度的差异增大,同时边界层内相干结构的旋涡强度增加;随着向下游的发展,缓冲层附近顺向涡上方正脉动的空间尺度增大,但峰值降低,而在对数律区的上侧则产生了相反的现象;凹壁面湍流边界层内相干结构向更高法向高度迁移的趋势减弱,且相干结构的空间尺度在下游一侧的增长幅度更大.

关键词：流向曲率、顺压梯度、湍流边界层、TRPIV、相干结构

所属期刊栏目：36

分类号：O357.5(流体力学)

资助基金：国家自然科学基金;国家自然科学基金;国家自然科学基金;中德科学基金国际交流合作项目;工业信息化部高技术船舶项目

在线出版日期：2023-02-15（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共9页

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