平板湍流邊界層中相干結(jié)構(gòu)的尺度、統(tǒng)計量的SL標(biāo)度律形式及其參數(shù)的實驗研究.pdf

1、由于在實際工程問題中，尤其是飛行器及船舶在行進過程中，其表面層在絕大多數(shù)情況下都是湍流邊界層，因此對湍流邊界層進行有效控制、減緩其發(fā)展對減阻和降噪有很大幫助。由于湍流邊界層中的相干結(jié)構(gòu)承載著大部分的湍流動能，而且對湍流邊界層發(fā)展有非常重要的作用，因此對相干結(jié)構(gòu)的特征及演化一直是湍流邊界層研究的重點。 作為一種研究湍流尺度間普適規(guī)律的結(jié)論，標(biāo)度律在湍流統(tǒng)計研究中具有非常重要的地位。標(biāo)度律的研究不僅可以為模式理論提供支持，更可以從統(tǒng)

2、計學(xué)的角度闡述湍流機理，為動力學(xué)模型的建立提供指導(dǎo)。在湍流邊界層中對SL標(biāo)度律及其參數(shù)進行研究，可以加深對邊界層湍流的認(rèn)識。 在我們的研究中，首先利用高分辨率PIV系統(tǒng)的測量結(jié)果對平板湍流邊界層中相干結(jié)構(gòu)和條帶的展向尺度、傾角、剪切層傾角及渦結(jié)構(gòu)發(fā)展情況進行了統(tǒng)計分析，分別使用傳統(tǒng)統(tǒng)計方法和連續(xù)小波分析方法進行分析。本文工作對前人的實驗和計算結(jié)果進行了很好的驗證。 其次，利用PIV系統(tǒng)在平板湍流邊界層的垂直于底面的流向平

3、面內(nèi)得到的空間速度分布，對速度結(jié)構(gòu)函數(shù)的標(biāo)度律表達(dá)（在自相似性和擴展自相似性關(guān)系下分別得到）隨小波分析尺度的變化進行了分析，利用SL標(biāo)度律的基本形式和假設(shè)，通過離散小波和數(shù)據(jù)擬合得到不同尺度下速度結(jié)構(gòu)函數(shù)的標(biāo)度律表達(dá)式。 然后，在湍流邊界層中低時均剪切區(qū)域中，對能量耗散率的間歇參數(shù)β隨當(dāng)?shù)貢r均速度場和離開壁面距離的變化進行了研究，對整個流場分別應(yīng)用均勻各向同性（因為時均梯度對能量耗散率貢獻很?。┖洼S對稱湍流假設(shè)進行了統(tǒng)計研究，證

4、實在這兩種前提下間歇參數(shù)β基本相同，進而利用軸對稱湍流假設(shè)對β隨離開壁面不同高度處時均速度梯度的變化進行研究，發(fā)現(xiàn)β總體成隨時均梯度的減小而增大的趨勢。 最后，在近壁區(qū)直接利用軸對稱湍流假設(shè)進行研究，發(fā)現(xiàn)β隨高度的變化更加復(fù)雜，甚至出現(xiàn)大于1的情況。由于邊界層的底層及緩沖層存在復(fù)雜的相干結(jié)構(gòu)和自組織顯現(xiàn)，因此β超過1也許代表一種局部有序度提高或者說熵減的過程。 在我們的研究中證實了前人的結(jié)論，同時也發(fā)現(xiàn)了很多新的現(xiàn)象，我