為了能排除三維結(jié)構(gòu)對渦脫和剪切層旋渦的影響,使用實(shí)驗(yàn)方法研究了一個(gè)小展高比（AR=0.125）的后向臺階流動.該實(shí)驗(yàn)臺類似純二維的Hele-Shaw Cell.流動被局限在兩個(gè)平行且距離為5 mm的有機(jī)玻璃板之間.臺階高度H為40 mm,擴(kuò)張比2∶3.在臺階下游中央沿流動方向安裝16個(gè)麥克風(fēng)組成的傳感器陣列采集壁面脈動壓強(qiáng).來流速度U₀在9～26 m/s之間連續(xù)可調(diào).通過計(jì)算脈動壓強(qiáng)分布、頻譜,不同位置的相關(guān)性和相干性系數(shù),發(fā)現(xiàn)并分析流動存在一個(gè)臨界Reynolds數(shù).流場在臨界Reynolds數(shù)前后存在明顯不同的流動特征.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明在低Reynolds數(shù)下依然存在剪切層的低頻擺動;當(dāng)Reynolds數(shù)大于臨界Reynolds數(shù)時(shí),分離后流動由渦結(jié)構(gòu)傳播的特性主導(dǎo). 

【文章來源】：氣體物理. 2020,5(05)

【文章頁數(shù)】：10 頁

【部分圖文】：

實(shí)驗(yàn)裝置示意圖

二維后臺階流動能譜展現(xiàn)出普通的后臺階流動基本的規(guī)律. 第一, 低Reynolds數(shù)下貼附點(diǎn)較長, 隨Reynolds數(shù)的增加而快速減小; 第二, 高Reynolds數(shù)條件下, 剪切層特征頻率為fH/U0≈0.2. 該頻率隨流動向下游發(fā)展而逐步降低至fH/U0≈0.1. 另外, 我們沒有在二維后臺階流動中觀察到低頻擺動的證據(jù).2.3 脈動壓強(qiáng)的自相關(guān)與互相關(guān)系數(shù)

在 Re>41 798 的情況下壁面壓強(qiáng)系數(shù)從x/H=2位置開始快速增大, 并在大約x/H=4的位置達(dá)到峰值. 這里因?yàn)榱鲃釉谂_階邊緣發(fā)生分離以后, 剪切層內(nèi)旋渦受回流區(qū)低壓的影響向壁面彎曲直至貼附在壁面上,大尺度結(jié)構(gòu)對壁面壓強(qiáng)的影響也越來越大. 隨著Reynolds數(shù)增加, 脈動壓強(qiáng)的幅值增大, 這與大尺度渦結(jié)構(gòu)與壁面相互作用產(chǎn)生的亞周期性變化的頻率改變有關(guān). 后向臺階流動中平均再附點(diǎn)一般在脈動壓強(qiáng)系數(shù)最大值位置下游0.5H～H[6]處, 所以本文中后向臺階流動的再附長度x/H=4.5～5.5. 以往實(shí)驗(yàn)中根據(jù)壁面脈動壓強(qiáng)系數(shù)的峰值推測的平均再附點(diǎn)大約出現(xiàn)在x/H=4～6的位置[1], 與目前的結(jié)果大致符合. 隨著流動繼續(xù)發(fā)展, 脈動壓強(qiáng)系數(shù)逐漸減小, 表明大尺度結(jié)構(gòu)在再附區(qū)域下游隨著流動發(fā)展持續(xù)衰減.在來流速度較低的Re≤41 798, 在x/H=1～4的區(qū)間脈動壓強(qiáng)系數(shù)很小, 接近于0, 并隨著x/H的增大逐漸增大, 在大約x/H=7的位置達(dá)到最大值. 隨著來流速度繼續(xù)增加, 脈動壓強(qiáng)系數(shù)峰值出現(xiàn)的位置變成大約x/H=4, 可見在本次實(shí)驗(yàn)中, 不同來流速度范圍的平均再附點(diǎn)不同. 猜測這兩種再附長度對應(yīng)的來流速度存在某個(gè)臨界, 大于或小于這一速度的后向臺階流動有不一樣的流動特征, 導(dǎo)致兩種不同的再附長度. 有研究曾經(jīng)在三維后向臺階運(yùn)動中發(fā)現(xiàn)存在轉(zhuǎn)捩Reynolds數(shù), 在轉(zhuǎn)捩前的再附長度隨Reynolds數(shù)增大而增大, 轉(zhuǎn)捩后相反[15]. 假設(shè)二維流動中也存在這樣的來流Reynolds數(shù)分界點(diǎn), 在速度達(dá)到分界點(diǎn)前后存在不同的流動現(xiàn)象. 在本次實(shí)驗(yàn)中來流Reynolds數(shù)分界點(diǎn)約為Re=49 287.

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]后臺階流動及其控制述評[J]. 胡如云,王亮,符松.  中國科學(xué):物理學(xué) 力學(xué) 天文學(xué). 2015(12)

碩士論文
[1]后向臺階湍流分離流動中的三維低頻擺動研究[D]. 向曉峰.大連理工大學(xué) 2017



本文編號：3474049