基于PIV技術(shù)的近壁雙圓柱繞流尾跡特性研究.pdf

1、圓柱以及圓柱群繞流一直是鈍體繞流中的經(jīng)典問題，許多研究者對(duì)其進(jìn)行了深入的研究。當(dāng)圓柱或圓柱群靠近壁面的時(shí)候，圓柱的尾跡結(jié)構(gòu)，渦脫落頻率都會(huì)受到顯著的影響，其影響程度取決于圓柱與壁面間的距離以及壁面邊界層的厚度。由于壁面的影響，圓柱的尾跡結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，使得數(shù)值模擬以及理論研究受到很大的限制。本文應(yīng)用PIV技術(shù)對(duì)靠近壁面的單圓柱、并列雙圓柱以及串列雙圓柱繞流的尾跡渦結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行了較為系統(tǒng)、詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)研究，同時(shí)在PIV應(yīng)用中對(duì)PIV圖像處理算

2、法的迭代穩(wěn)定性和算法精度提出了改進(jìn)的方法。
　　目前在PIV圖片處理算法中主要采用基于互相關(guān)的查詢算法。為了提高計(jì)算精度，當(dāng)前廣泛采用圖片變形迭代方法，但是在迭代計(jì)算的過程中，會(huì)出現(xiàn)計(jì)算不穩(wěn)定的現(xiàn)象，也就是在迭代到一定的次數(shù)后計(jì)算的結(jié)果開始發(fā)散。本文從兩方面著手提出了一種提高算法精度的方法。首先根據(jù)互相關(guān)算法的誤差變化規(guī)律，在變形迭代之前，用一種補(bǔ)償修正相關(guān)值平面的方法來減小誤差，得到精度較高的初始迭代值，然后進(jìn)行變形迭代計(jì)算；同

3、時(shí)，在迭代的過程中，應(yīng)用移動(dòng)最小二乘法對(duì)計(jì)算得到的矢量場(chǎng)進(jìn)行平滑處理。該方法有效的提高了算法的精度，并且減少了迭代的次數(shù)，從而有效的減少了計(jì)算時(shí)間。對(duì)人工合成圖片和在近壁圓柱繞流的PIV實(shí)驗(yàn)中獲取的圖片進(jìn)行圖像處理，驗(yàn)證了算法的有效性。
　　本文將PIV技術(shù)應(yīng)用到厚邊界層下的近壁單圓柱、并列雙圓柱以及串列雙圓柱繞流的渦結(jié)構(gòu)特征實(shí)驗(yàn)研究中，得出了如下結(jié)論：
　　1．對(duì)于近壁單圓柱繞流，當(dāng)圓柱下表面與壁面間的距離（G）與圓柱直徑

4、（D）之間的比值G/D≥0.3時(shí)開始出現(xiàn)渦脫落，并且尾跡出現(xiàn)一個(gè)渦對(duì)，該渦對(duì)隨著G/D的增加逐漸趨于對(duì)稱。
　　2．對(duì)于近壁并列雙圓柱繞流，當(dāng)兩圓柱中心間的距離（T）與圓柱直徑的比值T/D≤1.151時(shí)，在G/D大于臨界值時(shí)，流場(chǎng)會(huì)出現(xiàn)base-bleed流動(dòng)模式；當(dāng)1.302≤T/D≤1.906時(shí)，在G/D大于臨界值時(shí)，流場(chǎng)會(huì)出現(xiàn)偏移流模式。由于兩個(gè)圓柱都完全浸沒在邊界層里，使得上圓柱表面的來流較強(qiáng)于下圓柱表面來流，因此兩圓柱間

5、的間隙流始終偏向于壁面，致使base-bleed流動(dòng)模式以及偏移流模式中都沒有出現(xiàn)無壁面影響時(shí)的雙穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象。
　　3．對(duì)于近壁串列雙圓柱繞流，在本文所測(cè)T/D范圍內(nèi)（T/D=1.151～1.906），下游圓柱尾跡出現(xiàn)周期性渦脫落的臨界G/D值都為0.302，當(dāng)T/D≤1.302時(shí)，出現(xiàn)延伸體流動(dòng)模式，當(dāng)T/D≥1.453時(shí)出現(xiàn)重新附著模式。
　　上述研究有助于了解近壁雙圓柱尾跡流場(chǎng)的特性，為工程應(yīng)用的方案設(shè)計(jì)提供了指導(dǎo)，同時(shí)