湍流邊界層存在于很多重要的工業(yè)生產(chǎn)和工程應(yīng)用領(lǐng)域,例如:工程和工業(yè)管道內(nèi)的水或空氣流動,天然氣管道內(nèi)的輸運過程,輪船、列車和飛機表面的流體流動等。湍流邊界層在管道內(nèi)壁和飛機（或列車）等運動物體表面產(chǎn)生巨大的壁面摩擦阻力,進而引起大量必要的能源消耗。湍流邊界層減阻技術(shù)即使能夠減少其中1%的壁面摩擦阻力,也將會產(chǎn)生巨大的社會價值和經(jīng)濟效益。本論文利用上、下游（或探測、監(jiān)測）熱線探針,dSPACE（數(shù)字空間）實時控制系統(tǒng),傳遞函數(shù),濾波系統(tǒng)和壓電陶瓷振動片驅(qū)動器等組成了閉環(huán)控制減阻系統(tǒng),以期提高壁面摩擦阻力的減阻效率。本論文利用全站儀測量了熱線探針與壁面之間的微小垂向距離,之后利用平行雙絲熱線探針在湍流邊界層之中測量了流向瞬時速度的垂向梯度,為壁面湍流耗散率的測量奠定了堅實的實驗基礎(chǔ)。在湍流邊界層之中,雙絲平行熱線的間距位于（2～5）個Kolmogorov長度之內(nèi)可以以足夠的精度測量得到流向瞬時速度垂向梯度的值。本論文的研究結(jié)果還發(fā)現(xiàn)湍流邊界層和槽道湍流之中的流向瞬時速度垂向梯度值在緩沖層之內(nèi)存在顯著的區(qū)別,揭示了二者流場中的大尺度擬序結(jié)構(gòu)（例如:高/低速條帶及發(fā)卡渦）具有一些顯著不同的特征... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：121 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

不同雷諾數(shù)（Re）下的管道湍流中各流動區(qū)域分布[16]Fig.1-1DistributionoftheflowregionsintheturbulentchannelflowunderdifferentReynoldsnumbers(Re)[16]

由上述條帶產(chǎn)生機理可知，高速條帶與低速條帶在近壁面區(qū)呈現(xiàn)間隔分布的特征。圖1-3中列出了在不同實際流場中的湍流邊界層之內(nèi)的準流向渦尺寸及頻率分布特點：在同一種工質(zhì)中，隨著雷諾數(shù)增加，準流向渦的頻率增高，尺寸減小。- 4 -

1.2.3近壁面湍流自維持效應(yīng)圖1-4中的近壁面自維持效應(yīng)揭示了湍流中兩個重要的因素（即條帶結(jié)構(gòu)與渦結(jié)構(gòu)）在壁面區(qū)域的動力學(xué)演化過程[33]。湍流自維持效應(yīng)通過流場不穩(wěn)定性自發(fā)形成準流向渦，獨立于外部流場，其基本過程如下：1.準流向渦通過‘上拋’和‘下掃’分別產(chǎn)生低速條帶和高速條帶。在這個過程中，條帶結(jié)構(gòu)強度與準流向渦強度成線性關(guān)系。2.低速條帶在往下游發(fā)展的過程中逐漸抬升，通過非線性的猝發(fā)過程產(chǎn)生失穩(wěn)及破損。3.條帶破碎過程產(chǎn)生劇烈的流向擾動，然后促使準流向渦再生。‘條帶-準流向渦’相互產(chǎn)生的循環(huán)過程會穩(wěn)定存在于充分發(fā)展的湍流邊界層的近壁面區(qū)之中，被稱為近壁面湍流自維持效應(yīng)�！畻l帶-準流向渦’自維持循環(huán)過程是壁面湍流及壁面摩擦阻力產(chǎn)生的主要原因。因此，現(xiàn)有的湍流邊界層減阻控制技術(shù)都是通過削弱壁面自維持效應(yīng)來抑制湍流，實現(xiàn)流體流動的層流化，達到降低壁面摩擦阻力的目標(biāo)。目前降低湍流壁面摩擦阻力的基本思路有三種[34]：消除條帶

【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于路況識別的高速動車組構(gòu)架損傷規(guī)律[J]. 張一喆,李強,薛海,胡偉鋼,周平宇,鄒曉龍.  機械工程學(xué)報. 2018(08)



本文編號：2977631