翼型尾流场湍流特征的水筒PIV测试分析研究.pdf

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1、第15卷第7期2011年7月船舶力学JournalofShipMechanicsV01．15No．7Jul．201l文章编号：1007—7294(2011)07—0730—09翼型尾流场湍流特征的水筒PIV测试分析研究薛庆雨，张国平，黄振宇，陆林章，张军(中国船舶科学研究中心，江苏无锡214082)摘要：翼型尾流场是一个典型的湍流场。文章在CSSRC空泡水筒中采用PIV技术对翼型尾流场进行了大子样试验测量，获得翼型尾流场的时均速度、雷诺应力、脉动速度均方根、湍流强度和平均涡量等统计特征量，并将试验结果与美国NotreDame大学风洞试验结果作了比较，吻合较好。

2、文中还利用PIV测量瞬时速度场计算了脉动速度空间相关系数和湍流积分尺度，分析了翼型尾流场湍流积分尺度与湍流强度的分布特征及湍流演化规律。关键词：翼型尾流；湍流；PIV；统计特征量；湍流积分尺度中图分类号：U661．73文献标识码：AExperimentalinvestigationofturbulentflowcharacteristicsofairfoilmodelwakebyPIVinCavitationTunnelXUEQing．-yu，ZHANGGuo-ping,HUANGZhen--yu，LULin-zhang,ZHANGJun(ChinaShipS

3、cientificResearchCenter,WIl】【i214082．China)Abstract：Thewakeofanairfoilmodelisatypicalturbulentflowfield．Inthispaper,alargenumberofsam-pieswerecapturedfromthewakeofanairfoilmodelbyPIVtechniqueinthelargecavitationtunnelofCSSRC．Andthensomestatisticcharacteristicssuchastime-averagedvelo

4、city，Reynoldsstress，root-mean-squarevelocity，turbulentintensityandmeanvorticityareobtainedbyprocessingthesesamples．Theex-perimentalresultsarecomparedwiththosefromtheWindTunnelofNotreDameUniversityUSandagoodagreementisachieved．Thespatialcorrelationcoefficientoffluctuatingvelocityandt

5、hecorrespondingtur-bulentlengthscalearecalculatedfirstlybyusinginstantaneousvelocityfieldfromPIVexperiment，andthenthedistributiontraitofthesetwoparametersaswellastheturbulenceevolutionlawinthewakeoftheairfoilmodelareanalyzed．Keywords：wakeofairfoilmodel；turbulence；PIV；statisticcharac

6、teristics；turbulentlengthscale1引言湍流与我们的生产生活以及工程实践都有着密不可分的关系，许多水面舰船、水下航行体和海洋工程的水动力问题都和湍流有关，湍流也时常是航行体产生振动和噪声的根源。国外已有很多针对湍流的试验研究工作，而国内在这方面开展的工作还相对较少。湍流的高度非定常性、不规则性和强脉动性决定了它在时间和空间上的极度复杂性，所以没有强大的试验技术作支撑，我们很难将湍流认识清楚，更无法从机理层面进行深入地研究。通常人们所采用的试验测量技术由于自身的局限性，很难充分准确地捕捉到湍流的流动信息，比如目前应用较普遍的热线(HWA

7、)测量技术和激光多普勒测速(LDV)收稿日期：2011-03—30作者简介：薛庆雨(1985-)，男，中国船舶科学研究中心工程师。第7期薛庆雨等：翼型尾流场湍流特征的水筒⋯731技术。热线是一种接触式测量技术，因此在进行试验时难免会对流场产生干扰，使得测量结果产生更大的误差；另外，热线是一种单点测量技术，只能捕捉空间一点随时间的流动演化信息，很难提供整个测量区域的流动信息，因此很难进行空间极度不规则的复杂流动的测量；尽管如此，仍有人尝试在风洞中用热线进行湍流特征量的测量，然而在计算湍流相关系数和湍流积分尺度时，由于缺少湍流脉动的空间信息，所以只能基于泰勒冻结假

8、设【ll，用时间相关系数代替空间相关系