【摘要】：利用高時(shí)間分辨率粒子圖像測(cè)速(TRPIV)技術(shù),開展超疏水壁面材料湍流邊界層減阻機(jī)理的實(shí)驗(yàn)研究.在循環(huán)水槽中,對(duì)超疏水壁面和親水壁面湍流邊界層瞬時(shí)速度矢量場(chǎng)的時(shí)間序列進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)量.得到了同一來(lái)流速度(0.17m/s)下超疏水壁面和親水壁面湍流邊界層的平均速度、湍流度及雷諾切應(yīng)力沿法向的分布規(guī)律.提出了空間多尺度局部平均渦量的概念,并以此為特征量檢測(cè)壁湍流發(fā)卡渦展向渦頭的中心位置.用條件采樣及空間相位平均技術(shù)提取了不同法向位置發(fā)卡渦展向渦頭周圍流向脈動(dòng)速度和流線的空間拓?fù)?對(duì)發(fā)卡渦展向渦頭的俯仰角進(jìn)行了對(duì)比,并從鞍點(diǎn)-焦點(diǎn)動(dòng)力系統(tǒng)的角度分析了發(fā)卡渦展向渦頭附近的流線拓?fù)涮卣?研究表明:雷諾數(shù)約為13 500時(shí),相比親水壁面,超疏水壁面實(shí)現(xiàn)了10.1%的減阻.超疏水壁面平均速度明顯增大,雷諾切應(yīng)力減小,流向湍流度減弱,發(fā)卡渦展向渦頭俯仰角較小,近壁區(qū)相干結(jié)構(gòu)的發(fā)展受到抑制.
[Abstract]:An experimental study on drag reduction mechanism of turbulent boundary layer of superhydrophobic wall material was carried out using high time resolution particle image velocimetry (TRPIV) technique. The time series of the instantaneous velocity vector field in the turbulent boundary layer of superhydrophobic wall and hydrophilic wall are measured experimentally in a circulating water tank. The distributions of mean velocity, turbulence degree and Reynolds shear stress in the turbulent boundary layer of superhydrophobic wall and hydrophilic wall under the same inflow velocity (0.17m/s) are obtained. The concept of spatial multi-scale local average vorticity is proposed, which is used as the characteristic quantity to detect the center position of the spanned vortex head of wall turbulence hairpin vortex. By using conditional sampling and spatial phase averaging techniques, the flow direction pulsation velocities and streamline spatial topologies around the spanned vortex head in different normal positions were extracted, and the pitch angle of the hairpin vortex spanned vortex head was compared. From the point of view of the saddle point-focus dynamic system, the topological characteristics of streamlines near the spanned vortex head of the hairpin are analyzed. The results show that when Reynolds number is about 13 500, the drag reduction of superhydrophobic wall is 10.1% compared with hydrophilic wall. The average velocity of the superhydrophobic wall increases obviously, the Reynolds shear stress decreases, the turbulence in the flow direction weakens, the pitching angle of the hairpin vortex spanned vortex head is small, and the development of coherent structures near the wall is restrained.
【作者單位】： 天津大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院力學(xué)系;清華大學(xué)航天航空學(xué)院工程力學(xué)系;天津大學(xué)天津市現(xiàn)代工程力學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;
【基金】：國(guó)家自然科學(xué)基金(11272233,11332006,11411130150) 國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(2012CB720101,2012CB720103)
【分類號(hào)】：O357.5

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本文編號(hào)：2282571