相干結(jié)構(gòu)被公認(rèn)為是湍流中最重要的結(jié)構(gòu),它對(duì)湍流的產(chǎn)生、維持、演化和發(fā)展起著重要作用,同時(shí)具有重要的工程應(yīng)用和學(xué)術(shù)研究?jī)r(jià)值。本文以壁湍流相干結(jié)構(gòu)為研究核心,綜合運(yùn)用Stereo-PIV、Tomo-PIV和TR-PIV等先進(jìn)的流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù),研究了以下三個(gè)相關(guān)問(wèn)題:其一,定量測(cè)量了真實(shí)三維發(fā)卡渦結(jié)構(gòu);其二,分析了高低速條帶流向間隔區(qū)域局部流場(chǎng)的流體動(dòng)力學(xué)規(guī)律;其三,從相干結(jié)構(gòu)的角度探究超疏水壁面湍流減阻的減阻機(jī)理。研究過(guò)程中對(duì)發(fā)卡渦、高低速條帶、噴射和掃掠事件的空間結(jié)構(gòu)分布特征、發(fā)展演化規(guī)律及其內(nèi)在的流體動(dòng)力學(xué)機(jī)理進(jìn)行了深入的分析。本文運(yùn)用Stereo-PIV鎖相實(shí)驗(yàn),成功地對(duì)合成射流裝置在邊界層流場(chǎng)中產(chǎn)生的三維發(fā)卡渦結(jié)構(gòu)進(jìn)行定量測(cè)量,并按相位重構(gòu)出一個(gè)完整合成射流周期內(nèi)產(chǎn)生的發(fā)卡渦三維結(jié)構(gòu)。通過(guò)對(duì)三維發(fā)卡渦結(jié)構(gòu)的分析,不僅實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了人們對(duì)發(fā)卡渦結(jié)構(gòu)已有的認(rèn)識(shí),還有一些新的發(fā)現(xiàn):發(fā)卡渦渦腿間噴射流體與外界環(huán)境流體間形成一個(gè)較薄的展向渦量集中的區(qū)域,是流體強(qiáng)剪切的區(qū)域;相鄰發(fā)卡渦的兩個(gè)渦腿或單個(gè)發(fā)卡渦渦腿外側(cè)是高速流體區(qū)域,發(fā)生掃掠事件;展向脈動(dòng)速度體現(xiàn)兩層分布的特性,兩個(gè)反向旋轉(zhuǎn)渦腿結(jié)構(gòu)靠...

【文章頁(yè)數(shù)】：144 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【文章目錄】：
中文摘要
abstract
字母注釋表
第一章 緒論
    1.1 壁湍流研究進(jìn)展
        1.1.1 壁湍流邊界層分層模型
        1.1.2 壁湍流相干結(jié)構(gòu)
        1.1.3 湍流邊界層中渦旋結(jié)構(gòu)及其識(shí)別方法
        1.1.4 壁湍流減阻概述
    1.2 超疏水壁面減阻的研究進(jìn)展
        1.2.1 超疏水壁面基礎(chǔ)理論
        1.2.2 超疏水壁面層流減阻與湍流減阻
    1.3 本文主要工作及框架
        1.3.1 本文主要工作
        1.3.2 本文結(jié)構(gòu)框架
第二章 實(shí)驗(yàn)設(shè)備與PIV測(cè)試技術(shù)
    2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備與裝置
        2.1.1 循環(huán)式水槽
        2.1.2 合成射流技術(shù)簡(jiǎn)介
        2.1.3 具有層級(jí)結(jié)構(gòu)的超疏水壁面
    2.2 PIV實(shí)驗(yàn)技術(shù)
        2.2.1 2D-PIV技術(shù)
        2.2.2 Stereo-PIV技術(shù)
        2.2.3 Tomo-PIV技術(shù)
第三章 發(fā)卡渦三維結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)測(cè)量
    3.1 研究目的
    3.2 人造發(fā)卡渦的主要生成方法
    3.3 實(shí)驗(yàn)介紹
        3.3.1 實(shí)驗(yàn)方案與分析方法
        3.3.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備
        3.3.3 實(shí)驗(yàn)流程
    3.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論
        3.4.1 全局流場(chǎng)分析
        3.4.2 單發(fā)卡渦流場(chǎng)的鎖相平均特征
        3.4.3 單發(fā)卡渦結(jié)構(gòu)的流體動(dòng)力學(xué)行為
        3.4.4 發(fā)卡渦結(jié)構(gòu)向下游的遷移變化
    3.5 本章小結(jié)
第四章 高低速條帶間隔區(qū)域的局部拓?fù)鋭?dòng)力學(xué)模型
    4.1 研究目的
    4.2 實(shí)驗(yàn)介紹
    4.3 數(shù)據(jù)分析方法
    4.4 結(jié)果與討論
        4.4.1 局部流場(chǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及動(dòng)力學(xué)分析
        4.4.2 局部流場(chǎng)“三發(fā)卡渦”動(dòng)力模型
    4.5 本章小結(jié)
第五章 超疏水壁湍流減阻機(jī)理研究
    5.1 研究目的
    5.2 實(shí)驗(yàn)介紹
        5.2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及裝置
        5.2.2 TR-PIV實(shí)驗(yàn)方案
    5.3 分析方法
        5.3.1 渦核辨識(shí)和顯示方法
        5.3.2 條件采樣和拓?fù)淦骄惴?br>        5.3.3 互相關(guān)算法與流場(chǎng)互相關(guān)
    5.4 結(jié)果與討論
        5.4.1 湍流統(tǒng)計(jì)量
        5.4.2 流展向zx-平面相干結(jié)構(gòu)的拓?fù)浣Y(jié)果
        5.4.3 流法向yx-平面相干結(jié)構(gòu)的拓?fù)浣Y(jié)果
        5.4.4 相干結(jié)構(gòu)在yx-平面隨時(shí)間的發(fā)展演化
    5.5 本章小結(jié)
第六章 總結(jié)與展望
    6.1 主要結(jié)論
    6.2 本文創(chuàng)新點(diǎn)
    6.3 工作展望
參考文獻(xiàn)
發(fā)表論文和參加科研情況說(shuō)明
致謝



本文編號(hào)：4037699