湍流場中二階速度加速度結(jié)構(gòu)函數(shù)(velocity-acceleration structure function, VASF)被認(rèn)為與尺度間能量或者擬渦能的傳遞相關(guān),其正負(fù)表明傳遞的方向.三維湍流中,能量從大尺度向小尺度傳遞,VASF為負(fù).在二維湍流中,能量反向傳遞到大尺度,擬渦能正向傳遞到小尺度,因此理論上VASF無論在反向能量級串區(qū)還是在正向擬渦能級串區(qū)均為正.然而,相對于三維湍流中VASF的充分研究,二維湍流中VASF的正負(fù)性迄今尚無實(shí)驗(yàn)或數(shù)值模擬數(shù)據(jù)驗(yàn)證.本文通過三維二維湍流中普適的公式推導(dǎo),指出在空間非均勻湍流場中,VASF除了尺度間傳遞,還受到非均勻項(xiàng)的影響.一種常見的空間非均勻湍流場是在實(shí)驗(yàn)研究中常用的風(fēng)洞或水洞中,湍流發(fā)生裝置(如柵格)后的湍流.該流場中,湍流強(qiáng)度隨下游位置增大而逐漸衰減,這種衰減則帶來空間上的非均勻性.本文在基于豎直流動皂膜的二維衰減湍流場中,利用拉格朗日粒子追蹤法測得在擬渦能級串區(qū)的VASF,并分析各部分的影響.結(jié)果表明,雖然尺度間傳遞項(xiàng)為正值,但由于衰減帶來的非均勻項(xiàng)為負(fù)值,使得VASF的值為負(fù),使之失去了表征擬渦能傳遞方向的意義.因此,在類似風(fēng)洞...

【文章頁數(shù)】：10 頁

【部分圖文】：

圖1(a)二維水洞裝置圖，x方向?yàn)橹亓Ψ较颍瑈方向?yàn)樗椒较�，z方向?yàn)樵砟ず穸确较?皂膜平面由兩根直徑為0.32mm的尼龍繩組成.為了形成湍流場，在皂膜上游水平插入一排柵格.激光器照亮距離柵格為S的下游綠色區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)的流場軌跡信息被兩臺高速相機(jī)捕捉.(b)柵格布置的實(shí)物圖.上方水平排列的圓柱小棒為柵格，豎直的亮線為尼龍繩，兩根尼龍繩中間為豎直往下流動的皂膜.由于532nm激光的散射，整個流場呈現(xiàn)綠色背景

當(dāng)皂膜流過柵格后，會形成強(qiáng)烈湍流脈動.本文在距離柵格為S=(12.5～67.5)M的下游位置對流場進(jìn)行測量，如圖1(a)中的綠色區(qū)域.在對流場進(jìn)行速度測量時，粒子圖像測速法(particleimagevelocimetry,PIV)是一個成熟和普遍使用的方法，該方法可以獲得速....

圖2(a)運(yùn)用泰勒凍結(jié)假設(shè)，計(jì)算當(dāng)?shù)叵掠挝恢脁±0.2mm處的Dii與尺度r的關(guān)系.不同的顏色代表對應(yīng)的距離柵格的距離x/M.兩臺相機(jī)一次的拍攝視野只有100mm=20M.為獲得距離柵格更寬范圍的統(tǒng)計(jì)特性，本文通過移動?xùn)鸥袷瓜鄼C(jī)距離柵格S/M=12,20,30和50，分4次實(shí)驗(yàn)完成.(b)-δuiδai與尺度r的關(guān)系，在正向級串區(qū)表現(xiàn)出r1.5的冪次律.圖中的各顏色代表不同的空間位置，同(a)中一致.本圖和上圖的豎直實(shí)線為尺度r=0.35M，其與各種顏色線的交點(diǎn)即為各下游位置在r=0.35M上的-δuiδai和Dii

圖2(a)展示的是利用泰勒凍結(jié)假設(shè)計(jì)算得到的，當(dāng)?shù)匚恢脁的二階結(jié)構(gòu)函數(shù)Dii(r;x).如右邊的顏色坐標(biāo)所示，不同的顏色代表不同的當(dāng)?shù)匚恢脁.在距離柵格下游的12.5M一直增長到67.5M，顏色也從深藍(lán)變?yōu)樯罴t.根據(jù)Kraichnan的理論[7]，在正向擬渦能級串區(qū)(ηrLF)....

圖2(a)運(yùn)用泰勒凍結(jié)假設(shè)，計(jì)算當(dāng)?shù)叵掠挝恢脁±0.2mm處的Dii與尺度r的關(guān)系.不同的顏色代表對應(yīng)的距離柵格的距離x/M.兩臺相機(jī)一次的拍攝視野只有100mm=20M.為獲得距離柵格更寬范圍的統(tǒng)計(jì)特性，本文通過移動?xùn)鸥袷瓜鄼C(jī)距離柵格S/M=12,20,30和50，分4次實(shí)驗(yàn)完成.(b)-δuiδai與尺度r的關(guān)系，在正向級串區(qū)表現(xiàn)出r1.5的冪次律.圖中的各顏色代表不同的空間位置，同(a)中一致.本圖和上圖的豎直實(shí)線為尺度r=0.35M，其與各種顏色線的交點(diǎn)即為各下游位置在r=0.35M上的-δuiδai和Dii

圖2(a)運(yùn)用泰勒凍結(jié)假設(shè)，計(jì)算當(dāng)?shù)叵掠挝恢脁±0.2mm處的Dii與尺度r的關(guān)系.不同的顏色代表對應(yīng)的距離柵格的距離x/M.兩臺相機(jī)一次的拍攝視野只有100mm=20M.為獲得距離柵格更寬范圍的統(tǒng)計(jì)特性，本文通過移動?xùn)鸥袷瓜鄼C(jī)距離柵格S/M=12,20,30和50，分....

圖3(a)在尺度r/M=0.35下，紅色圓圈為VASF，對其取負(fù)號使之為正.綠色方塊為構(gòu)成VASF的第二項(xiàng)，非均勻項(xiàng)，并也對其取負(fù)號.藍(lán)色星形為構(gòu)成VASF的第三項(xiàng)，尺度間傳遞項(xiàng)的實(shí)驗(yàn)值.這三者在不同空間位置tU/M的值.(b)縱坐標(biāo)為-δuiδai的對數(shù)值，橫坐標(biāo)為-(Un/2)?Dii/?Xn的對數(shù)值，數(shù)據(jù)基本都落在圖中等值線附近

通過上述的分析，本文發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果中負(fù)的VASF很有可能是流場非均勻性導(dǎo)致.接下來，本文對此進(jìn)行定量的計(jì)算和比較.對于VASF，實(shí)驗(yàn)中可以直接測得在不同位置和不同尺度下的值，如圖2(b)所示.選定正向級串區(qū)的某一個尺度r=0.35M，圖2(b)中的豎向與各顏色曲線的交點(diǎn)，即為不同位....

本文編號：3951056