液固两相近壁湍流边界层相干结构的PIV实验研究

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1、1分类号：0359.1密级：UDC：532编号：201421505001河北工业大学硕士学位论文液固两相近壁湍流边界层相干结构的PIV实验研究论文作者：赵会灵学生类别：全日制学科门类：工学学科专业：化工过程机械指导教师：陈文义职称：教授资助基金项目：国家自然科学基金项目,编号：11572357国家自然科学基金青年科学基金项目，编号：11502066国家自然科学基金青年科学基金项目，编号：11602077DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofChemicalProcessEquipme

2、ntEXPERIMENTALSTUDYOFCOHERENTSTRUCTUREINASOLID-LIQUIDTURBULENTBOUNDARYLAYERbyZhaoHuilingSupervisor:Prof.ChenWenyiMarch2017Thisworksupportedbythe:NationalNaturalScienceFoundationofChina(11572357，11502066，11602077)摘要本文利用粒子图像测速系统（PIV），在中型低速循环水槽中，对液固两相近壁湍流边界层中颗粒相对相干结构的影响进行实验研究。基于空间局部平均函数结合新象限分裂法和空间

3、相位平均法对近壁湍流边界层中相干结构的空间特征进行检测和提取，进而分析液固两相流中相干结构的变化情况。分别对加有颗粒的液固两相流场和清水流场的瞬时速度场进行平均计算，利用牛顿迭代法和最速下降法对湍流边界层平均速度剖面进行拟合。对比分析两种工况的平均速度剖面，发现液固两相流场中由于颗粒的存在，壁湍流平均速度剖面的粘性底层和缓冲层变薄，对数律区下降。对液固两相流场和清水流场两种工况的近壁区湍流边界层的湍流度和雷诺应力等湍流统计量进行比较分析。结果表明：两种工况中近壁区的湍流强度和雷诺应力变化趋势大体一致，但是液固两相流中对数律区的湍流强度和雷诺应力均大于清水流场。由于猝发事件多发生于近壁

4、区，由此可知，液固两相流中近壁区湍流猝发事件的发生得到促进发生，进而导致流体的湍动性增强。基于空间局部平均函数结合新象限分裂法来检测近壁湍流边界层中的猝发事件，利用空间相位平均法提取猝发事件相干结构的脉动速度分量、雷诺切应力、展向涡量等物理量的二维平均拓扑形态。液固两相流场中由于颗粒的存在，猝发事件中的各个统计量均大于清水相流场。并且两种工况下，喷射过程中各物理量的增强程度均大于扫掠过程。实验数据表明液固两相流中相干结构的脉动，雷诺应力以及涡量有所增强，从而促进了近壁区湍流的产生。关键字：液固两相流湍流边界层PIV相干结构空间局部平均速度结构函数IIIABSTRACTSolid-li

5、quidturbulentflowsarecommoninindustrialandengineeringprocesses.Studytheinteractionsbetweenparticlesandturbulenceandturbulencemodulationareextremelysignificant,whichcanplayanguidancefunctiononpracticalengineeringapplicationforheatand/ormasstransferinchemicalprocess.Coherentstructureintheturbulen

6、tboundarylayerofparticle-ladenflowswasexperimentallyinvestigatedusingParticleImageVelocimetry(PIV).Studythechangeofmeanvelocityprofileandturbulentintensityinthehorizontalturbulentboundarylayerofwaterandwithpolythene,whichwasusedasdispersedphase.Accordingtotherelationshipofthelogarithmiclawmeanv

7、elocityprofileandfrictionvelocity,fluidviscositycoefficientetc.innerscalephysicsquantities,theturbulentfricitiondragandfrictioncoefficientaremeasuredwiththemethodofmeanvelocityprofile,bynonlineariteratingtofittheskinfrictioncoeffi