湍流边界层微小尺度流动结构的精细实验测量

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1、第27卷第5期哈尔滨工．程大学学报Vo1．27№．52006年1O月JournalofHarbinEngineeringUniversityOct．2006湍流边界层微小尺度流动结构的精细实验测量姜楠，王瑞新(天津大学机械工程学院，天津300072)摘要：用热线风速仪以高于对应最小湍流时间尺度的分辨率，精细测量风洞中平板湍流边界层不同法向位置的流向速度时间序列信号．用子波分析对湍流脉动速度信号进行多尺度分解，用自相关法得到不同尺度湍涡结构的实际物理时间一空间长度，研究了子波分析的分尺度参数与湍流分尺度湍涡结构实际物理时间尺度的对应关系．并由实验测量得到的耗

2、散尺度及泰勒微分尺度研究了耗散尺度、泰勒尺度等湍流微小尺度在湍流多尺度谱中的定位，分析了它们沿平板湍流边界层法向位置的变化规律，用多尺度条件采样方法提取了湍流边界层中微小尺度流动结构的条件相位平均波形．关键词：子波变换；湍涡；湍流边界层；耗散尺度；泰勒尺度中图分类号：O357文献标识码：A文章编号：1006—7043(2006)03—0644—06Finelyexperimentalmeasurementofmicro-scaleflowstructuresinturbulentboundarylayerJIANGNan，WANGRui-xin(Schoo

3、lofMechanicalEngeering，TianjinUniversity，Tianjin300072，China)Abstract：ThevelocitytimesequenceatdifferentverticallocationsinaturbulentboundarylayerhasbeenfinelymeasuredbyIFA300constant—temperatureanemometerwithresolutionhigherthanthefrequencythatcorrespondstodissipativescale．Wavele

4、ttransformisintroducedtoperformmulti—scaleeddydecom—positionsofvelocityfluctuationforturbulentflows．Realtemporal—scalelengthandspatial—scalelengthofmulti—scaleeddystructuresareobtainedbycorrelationfunctionsofmulti—scalewaveletcoefficients．Therelationshipbetweenwaveletscaleparamete

5、randrealtemporalscaleofmuhi-scaleeddystructuresintur—bulenceareinvestigated．DissipativescaleandTaylormicro—scaleatdifferentverticallocationsinturbulentboundarylayeraremeasuredandtheirpositionsinwaveletscalespectrumarefixed．Theevolutionsofdis—sipativescaleandTaylormicro—scaleacross

6、turbulentboundarylayerarestudied。Thephased—averagedwaveformsofmicro—scaleeddystructuresinturbulentboundarylayerareextractedbymulti—scalecondi—tionalsamplingmethod．Keywords：wavelettransform；eddy；turbulentboundarylayer；dissipativescale；Taylormicro—scale湍流中的结构是多尺度的，不同尺度的结构迭性的作用下转化为热能

7、．Taylor微分尺度是一个对加在一起，就是湍流复杂而不规则的脉动运动．因湍流的关联函数产生可识别的影响的小尺度涡的尺此，湍流实际上是由不同尺度结构迭加而成的貌似度．尽管湍流中的结构是多尺度的，而且不同尺度的随机和杂乱无序的运动．在湍流复杂系统中，不同尺结构在湍流系统中的功能是不一样的，不同尺度的度结构的功能是不一样的．其中耗散尺度表征了脉结构在湍流系统中还相互作用、相互影响，但至今只动中的最小尺度，湍流该尺度的脉动动能在分子粘用量纲分析的方法对湍流中不同尺度的结构进行尺度上的大致量级分析，而对于湍流中不同尺度的结收稿日期：200504—28．构发展演化动

8、力学机理及其在湍流系统中的功能进基金项目：国家自然科学基金资助项目