湍流边界层相干结构空间反对称形态

相干结构是湍流边界层中的重要结构,对于壁湍流的产生、维持和发展具有重要作用,同时控制相干结构也是控制湍流和减阻的主要途径。用高时间分辨率层析粒子图像测速技术(Tomo-TRPIV)精细测量了水洞中平板湍流边界层三维-三分量(3D-3C)瞬时速度空间分布的时间序列,提出了空间局部平均多尺度速度结构函数的新概念描述湍流多尺度结构的空间拉伸、压缩、剪切变形和旋转。用流向空间局部平均多尺度速度结构函数对湍流脉动速度进行了空间多尺度分解。根据湍流多尺度涡结构在流向的拉伸和压缩特征,提出了新的湍流相干结构空间特征形态检测方法,提取了层析TRPIV数据库中相干结构的"喷射"和"扫掠"事件中的平均速度梯度、平..

高分子溶液壁湍流减阻机理的TRPIV测量研究

从湍流动量输运的角度详细地阐述了高聚物溶液对壁湍流的影响,进一步探索其减阻的机理。实验利用二维TRPIV技术对壁湍流高聚物溶液的减阻机理进行了实验测量研究。在相同雷诺数下,分别测量了减阻溶液和清水的流向-法向和流向-展向湍流流场

TRPIV experimental investigation on drag-reduction mechanism of polymer solution wall turbulence

利用高时间分辨率粒子图像测速技术(TRPIV)对回流式水槽中低浓度高分子溶液壁湍流的减阻机理进行实验研究。通过对比分析高分子溶液和纯水平板湍流边界层在相同来流速度下的平均速度剖面、湍流强度和雷诺应力,发现高分子溶液的壁面摩擦阻力减小了21.77%,并且其缓冲层增厚,按对数律外移,雷诺应力减小;高分子聚合物主要在近壁区起到抑制湍流脉动的作用,而在主流区的作用不太明显。用流向局部平均多尺度速度结构函数和相干结构条件采样方法,检测并对比了高分子溶液和水的壁湍流相干结构"喷射"和"扫掠"事件中的脉动速度、展向涡量、雷诺应力等物理量的二维拓扑形态,发现高分子溶液近壁区相干结构在猝发时的脉动速度减小,涡量受到抑制,雷诺应力明显减小,说明高分子溶液湍流近壁区相干结构"喷射"和"扫掠"的强度变弱,猝发频率降低,动量和能量的输运减弱,揭示出高分子溶液减阻的重要机理

高分子聚合物溶液减阻特性的TR-PIV实验研究

本文利用二维高分辨率TR-PIV对高分子聚合物水溶液减阻性能进行了实验研究。实验测量了水槽中不同雷诺数下充分发展的减阻溶液和清水平板的湍流边界层流场,减阻溶液是质量浓度为190ppm的聚丙乙烯酰胺(PAM)水溶液。研究结果表明,加入高分子聚合物后,壁面摩擦速度减小。随着雷诺数的增大,减阻率变大。减阻溶液的对数律平均速度剖面具有与清水同样的斜率,但减阻溶液的缓冲层增厚,对数层上移,具有明显的减阻特征。随着雷诺数的增大,高分子聚合物水溶液在流向和法向的湍流度以及雷诺剪切应力要比清水的小。相空间象限分裂法分析表明喷射和扫掠事件是主要的雷诺应力贡献者,尤其是喷射事件虽然发生概率小于扫掠事件,但是其贡献..

壁湍流相干结构雷诺应力的空间拓扑特征

利用PIV技术对壁湍流相干结构雷诺应力的特征进行了实验研究。测量了水槽中充分发展的平板湍流边界层瞬时速度场的长时间时空序列数据库。分析了雷诺应力不同分量沿平板湍流边界层法向的平均统计分布。另外,运用空间局部平均多尺度速度结构函数的新概念描述湍流多尺度涡结构的空间拉伸、压缩、剪切变形和旋转。对湍流脉动速度信号沿流向进行空间多尺度分解。根据基于空间局部平均多尺度速度结构函数提出的湍流相干结构条件采样方法,检测并提取了PIV数据中相干结构"喷射"和"扫掠"事件中的平均速度变形率、雷诺应力等物理量的空间拓扑形态

用局部平均速度结构函数检测壁湍流相干结构的空间形态

相干结构是剪切湍流中的大尺度拟序脉动结构,在时间和空间上具有自组织特性和拟序特性。现在已经公认,相干结构是湍流中的重要结构。开展相干结构研究的目的在于通过研究相干结构的动力学行为和规律,建立符合相干结构机理的数学模型和湍流模式,在工程中更加准确的预报湍流,探索通过控制相干结构控制湍流的有效途径

高聚物减阻溶液壁湍流复涡黏模型的TRPIV测量

Toms于1949年首次发现极少量的长链高分子聚合物能减少湍流流动阻力,提高输运量,降低能耗。减阻问题在近代流体工程中日益处于重要地位,这一独特的减阻现象之后也引起了广泛关注。在输油管道中,只需加入几十p.p.m的聚合物,就能大幅降低泵送功率,增加输油量,从而使减阻流体在原油和成品油输送等工业中具有广阔的应用前景。因此,研究添加剂减阻对管道输油领域具有重要的意义。在过去的六十多年中,学者们做了大量高聚物减阻的实验,其中包括湍流统计理论研究和湍流相干结构的研究。但目前为止,作者还没有发现有关减阻溶液壁湍流相干结构各向异性的复涡黏模型的报道。湍流雷诺应力的涡黏性模型最早是由Bouinessq仿照牛..

Convection and correlation of coherent structure in turbulent boundary layer using tomographic particle image velocimetry

The present experimental work focuses on a new model for space-time correlation and the scale-dependencies of convection velocity and sweep velocity in turbulent boundary layer over a flat wall. A turbulent boundary layer flow at Re-theta = 2460 is measured by tomographic particle image velocimetry (tomographic PIV). It is demonstrated that arch, cane, and hairpin vortices are dominant in the logarithmic layer. Hairpins and hairpin packets are responsible for the elongated low-momentum zones observed in the instantaneous flow field. The conditionally-averaged coherent structures systemically illustrate the key roles of hairpin vortice in the turbulence dynamic events, such as ejection and sweep events and energy transport. The space-time correlations of instantaneous streamwise fluctuation velocity are calculated and confirm the new elliptic model for the space-time correlation instead of Taylor hypothesis. The convection velocities derived from the space-time correlation and conditionally-averaged method both suggest the scaling with the local mean velocity in the logarithmic layer. Convection velocity result based on Fourier decomposition (FD) shows stronger scale-dependency in the spanwise direction than in streamwise direction. Compared with FD, the proper orthogonal decomposition (POD) has a distinct distribution of convection velocity for the large-and small-scales which are separated in light of their contributions of turbulent kinetic energy

基于小波变换的开都河径流量多时间尺度分析/Multiple Time Scales Analysis on Annual Runoff of Kaidu River Based on Wavelet Transform[J]

以开都河大山口站1956-2006年的年径流量资料为例,利用Morlet小波变换对其水文序列的多时间尺度演变特性进行了分析,并预测了开都河2006年以后的年径流量变化趋势.结果表明:开都河存在6 a、10 a、15 a和38 a等4个主周期,其中38 a和10 a分别为第一和第二主周期；2006年后的未来几年内开都河将处于偏枯期