高分辨率粒子示踪测速技术在光滑明渠紊流黏性底层测量中的应用

摘要：

在光滑明渠紊动水流的研究中，黏性底层具有重要的作用，壁面剪切应力与涡量均源于此流区。由于充分发展明渠紊流的黏性底层的物理尺度在0.1 mm量级，常规方法难以实际测量该区内的速度分布。本文构建了测量黏性底层的高分辨率HR-PTV与测量全流区的普通PIV的耦合测量系统，对光滑明渠紊流黏性底层的流动特性进行了研究。HR-PTV系统采用阈值递增法、灰度截断、椭圆度与充实度指标等方法进行图像处理得到清晰的粒子图像；使用匹配几率法对粒子坐标进行匹配，计算粒子速度。得到了明渠紊流黏性底层（0.3 mm以内）的平均流速、紊动强度、偏态系数和峰度系数的垂线分布。从拟合的平均流速分布得出摩阻流速u*，结果与牛顿流体本构方程一致；黏性底层与全流区的时均流速、紊动强度和雷诺应力均能用拟合所得的u*合理无量纲化，并能光滑连接，表明由此得出的u*适用于全流区。将明渠紊流的各种分布与封闭槽道流DNS数据进行对比，验证了HR-PTV在黏性底层所得各阶速度矩的准确性。

关键词：HR-PTV、黏性底层、流速分布、偏态、峰度

分类号：O357.5+4;TV131.2+1(流体力学)

资助基金：国家自然科学基金项目51127006；十二五科技支撑项目2012BAB04B01

在线出版日期：2014-06-28（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共8页

页码：513-520