流向狹縫周期吹吸擾動控制壁湍流相干結構的實驗研究.pdf

1、在壁湍流中引入空間展向周期分布的流向狹縫周期吹吸射流，利用局部周期吹吸擾動對壁湍流相干結構進行控制。用熱線風速儀對受擾前后湍流邊界層的脈動速度信號進行測量，綜合采用概率統(tǒng)計平均、付立葉變換、條件采樣、子波和子波包變換等技術對壁湍流速度信號進行分析，研究吹吸擾動對壁湍流相干結構、能譜、間歇性的影響以及壁湍流中基本流場的變化規(guī)律。 提出多尺度關聯(lián)的子波系數(shù)局部極值和子波系數(shù)多尺度自相關函數(shù)辨識壁湍流相干結構的方法，發(fā)現(xiàn)緩沖層相干結構

2、的速度脈動較外區(qū)更劇烈，壁湍流相干結構在時空分布中呈多尺度特征；提出采用子波包提取脈動速度信號中擾動成分的方法，結果顯示該方法較FFT數(shù)字濾波法更準確；運用高階消失矩子波函數(shù)進行子波湍譜分析，可以有效減少湍譜能量泄漏，提高湍流信號譜分析的準確性。 通過子波變換與VITA條件采樣法等多種檢測方法的比較，發(fā)現(xiàn)施加吹吸擾動使得緩沖層內(nèi)最大含能尺度的湍流相干結構的強度明顯降低，抑制了壁湍流的猝發(fā)過程，延長了平均猝發(fā)間隔，減少了猝發(fā)的數(shù)量

3、和強度，使相干結構的條件平均波形和子波重構脈動速度波形的幅值明顯降低，說明該方法是控制壁湍流相干結構的一種有效方法。 通過湍譜分析，發(fā)現(xiàn)壁湍流慣性子區(qū)的波數(shù)范圍與法向位置有關。隨著法向位置靠近壁面，壁湍流慣性子區(qū)的波數(shù)范圍向高波數(shù)區(qū)移動，能譜逐漸偏離均勻各向同性湍流的-5/3次冪。從提取的壁湍流相干結構脈動速度波形上看，緩沖層相干結構速度脈動較外區(qū)更劇烈。 通過子波譜和最大熵譜法分析吹吸擾動對湍流能譜的影響，發(fā)現(xiàn)施加的低

4、頻吹吸擾動改變了壁湍流各尺度湍流相干結構的能量分布，含能最大的相干結構能量損失最多，小尺度湍流結構的能量有所增加。擾動在對數(shù)層外區(qū)的影響迅速消失，湍流能譜恢復到擾動前的狀態(tài)。 對加擾前后壁湍流小尺度結構的間歇性研究發(fā)現(xiàn)，慣性子區(qū)的標度指數(shù)比耗散區(qū)的標度指數(shù)小。緩沖層的標度指數(shù)與線性標度律偏差很大，顯示出較強的奇異性，對數(shù)層及外區(qū)標度指數(shù)逐漸接近均勻各向同性湍流的狀態(tài)。吹吸擾動使緩沖層內(nèi)小尺度湍流結構的標度指數(shù)下降，間歇性進一步增