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《小尺度沟槽面边界层湍流参数的测量》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第17卷 第4期 石油化工高等学校学报Vol.17No.42004年12月 JOURNALOFPETROCHEMICALUNIVERSITIESDec.2004文章编号:1006-396X(2004)04-0061-04小尺度沟槽面边界层湍流参数的测量赵志勇, 董守平(石油大学流体测试实验室,北京102249)摘 要:利用二维激光多普勒测速仪对零压力梯度下光滑面和小尺度沟槽面的沟槽及峰上部区域中湍流边界层流场进行了对比测量。着重考察了在相同流动条件下两位置的平均速度、流向速度脉动强度、高阶矩以及雷诺剪应力的分布特性。实验中发现:沟槽能够增加粘性底层的厚度,减小
2、壁面剪切力,有减阻效应。而此处的流向速度脉动的强度、高阶矩以及雷诺剪应力在距离壁面的某一区域中有减小或降低现象,说明沟槽具有削弱湍流湍动的功能;而峰上部的湍流统计平均量则表现出与槽相反的结果或趋势。同时还讨论了该沟槽面减阻的原因。关键词:激光多普勒测速; 沟槽面; 湍流边界层; 流速分布; 湍动特征中图分类号:O357.5文献标识码:A 从20世纪60年代NASA兰利研究中心发现层外区,沟槽面与光滑面的流向速度脉动强度则大[6][7]流向沟槽表面能够有效降低表面摩阻这一现象至今致相同。ChoiH,VukoslavcevicP分别对V字已有30多年的时间。这期间人们对于沟槽减阻技形沟槽面进行
3、了直接数值模拟和实验研究,结果表术的研究从未停止过。早期,对于减阻现象的研究明:流向速度脉动的偏斜因子及平坦因子只在沟槽一般集中在利用测力天平等设备直接测量壁面所受近壁区发生改变,而过了近壁区后结果与光滑面无阻力的大小。随着研究的深入,研究者们越来越多[4][8]异。HooshmandA,BacherEV发现沟槽面对地将目光集中在沟槽面湍流边界层内部流动结构及两者并没有影响。这个差别在于文献[4]、[8]中测其相关规律的研究。由于在层流流动中未曾发现沟+量区域只局限在y>10的区域,没有充分靠近壁槽的减阻效应,同时,又由于流体输运设备中大多数面。然而,文献[1-5]、[8]的作者没有对沟槽面
4、上流体的流动状态为湍流,因此就其根本而言,沟槽面的流动特征进行更加详的研究,即:没有对沟槽及峰的湍流减阻技术是湍流理论研究的一个重要组成部处的流动特征进行区别考察。ChoiH[6],分。VukoslavcevicP[7]分别通过对大尺度沟槽面的数值 大多数研究者发现具有减阻(或增阻)效应的沟模拟及实验研究发现:沟槽的槽及峰对近壁区流场槽面湍流边界层流场速度分布在粘性底层与光滑表的流动特性能够产生不同的影响。本实验中采用二面一样仍然遵守“标准速度律”,只是对数区要上抬维LDV对两种表面近壁区的流场进行了精确测量。++(或下移),即:U=Alny+B中的B增加(或减实验中发现:与光滑面相比,槽
5、及峰上部区域流场的[1][2][3]小)了。TangP,WangJin-jun,ChoiKS,流动特性存在明显的差异。[4]HooshmandA都发现减阻沟槽面的对数区明显上抬,说明沟槽面湍流边界层的粘性底层要比光滑面1实验装置及方法的有所增厚。具有减阻效应的沟槽面应当能够有效1.1 实验装置降低近壁区湍流脉动强度以抑制湍流的“旺盛”。[5] 本实验在闭口式小型低速风洞中进行。通过变DebisschopJR,NieuwstadtFTM发现流向速度频调速器调控轴流风机的转数,风洞风速范围为0脉动强度只在近壁处才受到沟槽的影响,而在边界～11mm/s。当主流风速为1.92m/s时,湍流度为7%
6、。风洞测量段材料为透明有机玻璃板,长为750收稿日期:2004-03-012作者简介:赵志勇(1971-),男,辽宁兴城县,在读博士。mm,截面形状为正方形,截面积为0.09m。其上下两面分别开有等面积窗口用于更换实验试件。在©1994-2009ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net62石油化工高等学校学报 第17卷测试面喷上无光漆以尽量降低背景噪声。为了能测从外侧向测试表面靠近,直到激光束的焦点触到壁量到沟槽及其上部近壁区流场,
7、实验中将测量板面面没有信号。在沟槽面轴线左右沿展向对若干个沟(测试件为650mm×300mm的矩形板)与风洞测槽单元(包括沟槽和相邻的峰)进行测量,所得数据量段基准面(底面)垂直放置,同时激光的汇聚光束做平均处理。将粒子发生器产生的烟雾用集合管导轴线与测试板面的法线保持微小夹角。测试板表面入蜂窝器最下一排蜂窝,这样烟雾在负压下进入测距离风洞测量段侧壁的距离为30mm。在风洞收试段后大部分集中在距离平板很近的区
