壁湍流猝发过程中速度分量的相位差对雷诺应力影响的实验研究
湍流边界层相干结构剩余脉动雷诺应力项的实验测量
２０１０年２月
实验力
学
Ｖ０１．２５
Ｎｏ．１
ＪＯＵＲＮＡＬ ０Ｆ ＥＸＰＥＲＩＭＥＮＴＡＬ ＭＥＣＨＡＮＩＣＳ
Ｆｅｂ．２０１０
文章编号：１００１—４８８８（２０１０）０１—０００１—０８
湍流边界层相干结构剩余脉动 雷诺应力项的实验测量。
郭爱东１’３，姜楠１’２
（１．天津大学力学系，天津３０００７２，２．天津市现代工程力学重点实验室，天津３０００７２； ３．军事交通学院装运机械系，天津３００１６１）
实验结果分析与讨论
在实验数据分析过程中，用子波分析对湍流脉动速度信号进行多尺度分解，将湍流脉动速度信号分
解成２０个尺度。子波尺度依据离散的湍流脉动速度信号的采样频率和子波母函数的滤波特性自动进 行频带划分，对实验采集的离散信号自动进行低通和高通共轭数字滤波。用自相关方法确定了不同尺 度湍涡结构的时间尺度，根据流向脉动速度分量子波系数的瞬时强度达到局部极大和极小值检测平板 湍流边界层多尺度相干结构的喷射和扫掠过程，分离出湍流边界层多尺度相干结构成分及非相干结构 成分［１¨。根据流向脉动速度分量的子波系数瞬时强度因子Ｉ（ａ，６）检测和提取多尺度相干结构喷射和 扫掠过程各物理量的相位平均波形，若某位置６的子波系数为负且瞬时强度因子Ｊ（口，６）取得极大值，
０
引言
在湍流场中，除平均流外，同时还存在着不同尺度的相干结构成分和随机脉动成分，所有与流动有
关的物理量都可以分解为三部分‘¨： ｆ＝ｆ＋ｆ＋／ 为湍流随机脉动量，并且认为厂与，７是统计无关的。
（１）
其中７为由长时间平均得到的平均量；于为由相位平均量减去长时间平均量后得到的相干结构成分ｉｆ＇ 如果用７表示对，的长时间平均，＜厂＞表示对厂的相位平均，考虑不可压缩流体动量方程为：
《实验力学》2008年(第23卷)总目次
．
鲲 ，王 永 （ ，１ １７ ）
贾江 滢 ， 家福 ，富 东慧 ， 忠保 ，侯振德 （ ，７ 徐 王 １７）
罐 内爆 炸成 型技术 在修 复结 晶 器 中的实 验研究
… …… … ……一 …… ・于盛 发 ，闫鸿 浩 ，李 晓杰（ ，４ １８）
岩 石变形 演 化诱致 灾 变破坏 过程 的同步 实验观 测 … …… …… …… …… …… … 郝 圣 旺 ，孙 菊（ ，９ １ ８） 董 本涵 同志 生平事 迹介 绍 … …… …… …… …… …… …… …… …… … ……… … …… …… …… … （ ，６ １ ９） 多个 磁 流变 弹性体 自调 谐式 吸振 器 的联 合 控制 研究
… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … …
李 旭 ，董 毅 ，李子 然 ，夏 源明 （ ，７ １ ２）
混凝 土 断裂过 程及 尺寸 效应 分析
… … … … … … … … … … … …
王利 民， 明远 ， 祥俊 ， 孙 代 卢俊 杰 ， 东焕 ， 张 贺光 宗， 刘灿 昌， 戈晓 霞（ ， ４ １ ３）
… … … … … … … … … … … … … … … … … … …
永 （ ，４ ） ２ １ １
浩 （ ，５） ２ １ ７
压 缩载荷 作 用下岩 石类 材料 的 断裂模 式研 究 …… …… …… …… …… 郭 少华 ，周 绍青 ，邹春 伟 （ ，４ ） ２ １ ９
房 亮 ，唐 兆 琛 ， 福 俊 ，何 思 渊 ，何 德 坪 （ ，６ ） 杨 ２ １ ２
爆炸 冲击 波作用 于墙 体及 对墙 体绕 射 的实验 研 究 … …… … 穆朝 民 ， 辉 启 ，李永 池 ，辛 凯 （ ，６ ） 任 ２ １ ９
雷诺实验报告 PDF
雷诺实验报告 PDF为了研究电磁学和威廉·雷诺的实验，我们进行了一个模拟雷诺实验，并记录了实验过程和结果。
实验目的：1.了解电磁学的基本原理。
2.理解威廉·雷诺实验的目的与原理。
3.研究雷诺实验的影响因素。
实验器材：1.两个互不干扰的水管。
2.水龙头。
3.定量计量杯。
4.电子秤。
5.三角尺。
6.软管。
实验原理：雷诺实验是一种用于研究流体力学和流场形态的实验方法。
它通过在同一截面内模拟流体流动，以便更好地理解流动的特性和流场形状。
威廉·雷诺是这种实验的创始人，所以这种技术被称为雷诺实验。
这个实验原理是使一个液体在一段测量距离上发生流动。
在流动过程中，记录管中的流速，压力，流速编号等变量，并将其描绘成一些图形，以便能够理解流场的形状。
实验过程：1.将两个水管固定在桌上，并让两根软管各自连接到水龙头。
2.用软管连接定量计量杯，以确定每样管子适当的流量。
3.量取另一杯子中的水，并在定量杯中加入足够的水，直到水的容积增加到1000毫升。
4.打开水龙头，使水源流入管道并流出，同时记录流量计和三角尺的读数。
5.多次记录每秒的流量，并记录每个时间点的流速和流速编号。
6.分别根据记录的数据绘制流量与流速编号、流量与时间的关系图。
实验结果：1.流量和流速编号的图形显示出一种非线性关系，受流体的摩擦力、惯性力等多种因素的共同影响。
2.当水流经管道时，流量呈正相关趋势，可以观察到增大的流出速度和流体惯性力。
3.在流动过程中，当速度或管道半径增大时，流量也相应地增大。
此时，管道路径的变化对于流量的影响变小。
结论：通过本次实验，我们了解了电磁学的基本原理，理解了威廉·雷诺实验的目的与原理，以及研究了雷诺实验的影响因素。
实验结果表明，流量和流速编号的图形表现出一种非线性关系，受摩擦力和惯性力等多种因素的影响。
我们还可以观察到，当管道速度或管道半径增大时，流量会相应地增大。
此时，管道路径的变化对于流量的影响变小。
8第八章湍流简介
利用前面推导建立的瞬时函数求时均时的性质，可建立雷诺方程为：
注意Leabharlann 是一个张量：称雷诺应力张量，反映的是湍流涡团所输运动量，可以证明是一个对称 张量，记 ，有 ，由于湍流涡团的尺度远比分子制度大，湍 流涡团脉动运动的尺度也远比分子运动自由程大。所以一般雷诺应力远 大于粘性应力。更为关键的是引入的雷诺应力是未知的，我们尚无法描 述，这样在雷诺方程组中就多出来了六个未知数，使的原来封闭的N-S方 程变的不封闭了。这也是百余年来湍流研究的困难所在。
一、湍流的连续方程
二、湍流的平均动量方程—雷诺方程
认为湍流特征时间的尺度远小于非定常过程的特征时间尺度，这样用 时均法同样可以描述湍流的非定常过程，而时间平均也是雷诺最早使用的 概念。
湍流的N-S方程可以写成（瞬时值流场）：
由于
，所以不可压N-S方程可写成：
其中：
对N-S方程求时均：
结论：湍流雷诺应力大于粘性应 力，湍流阻力大于层流阻力。
由于涡的诱导作用，流向涡向下 游突出部分被抬起，被抬起部分 进入速度较高的区域，使这种扰 动进一步被放大，使涡丝出现峰 与谷的不同部分。在速度剖面上 形成一个拐点，造成剪切层的不 稳定。当上抬涡峰被进一步拉伸 时，很快会导致层流状态的崩溃。 这种崩溃首先是形成“湍斑”， 其周围被层流包围，产生后即被 携往下游。由于“湍斑”前部以 0.9U移动，后部以0.5U移动，致 使逐渐发展成剪头状并与原生点 成22.5°夹角。随着湍斑区域扩大 并互相合并，最终发展成完全湍 流状态。这一过程称为猝发。
湍流与分子运动论的比较
项目 1.基元数 2.基元数性质 3.基元数数目 4.特征长度 5.基元数速率 6.运动性质 7.边界影响 8.驰豫时间 分子运动论 分子 稳定，大小一定 常数 平均自由程，只随温压改变 平均速率只随温度变化，不 是空间位置的显函数 随机运动 分子形状与数目不随边界形 状改变 短，没有记忆 湍流 旋涡 大小不一定，不稳定 变数 混合长度，随边界形状改变 涨落速度随空间位置不同起 伏很大 有拟序结构 旋涡结构、形状和数目随边 界形状急剧改变 长，有记忆
雷诺实验和伯努利实验报告
实验七 雷诺实验一、实验目的1、观察液体流动时的层流和紊流现象。
区分两种不同流态的特征，搞清两种流态产生的条件。
分析圆管流态转化的规律，加深对雷诺数的理解。
2、测定颜色水在管中的不同状态下的雷诺数及沿程水头损失。
绘制沿程水头损失和断面平均流速的关系曲线，验证不同流态下沿程水头损失的规律是不同的。
进一步掌握层流、紊流两种流态的运动学特性与动力学特性。
3、通过对颜色水在管中的不同状态的分析，加深对管流不同流态的了解。
学习古典流体力学中应用无量纲参数进行实验研究的方法，并了解其实用意义。
二、实验原理1、液体在运动时，存在着两种根本不同的流动状态。
当液体流速较小时，惯性力较小，粘滞力对质点起控制作用，使各流层的液体质点互不混杂，液流呈层流运动。
当液体流速逐渐增大，质点惯性力也逐渐增大，粘滞力对质点的控制逐渐减弱，当流速达到一定程度时，各流层的液体形成涡体并能脱离原流层，液流质点即互相混杂，液流呈紊流运动。
这种从层流到紊流的运动状态，反应了液流内部结构从量变到质变的一个变化过程。
液体运动的层流和紊流两种型态，首先由英国物理学家雷诺进行了定性与定量的证实，并根据研究结果，提出液流型态可用下列无量纲数来判断：Re=Vd/νRe 称为雷诺数。
液流型态开始变化时的雷诺数叫做临界雷诺数。
在雷诺实验装置中，通过有色液体的质点运动，可以将两种流态的根本区别清晰地反映出来。
在层流中，有色液体与水互不混惨，呈直线运动状态，在紊流中，有大小不等的涡体振荡于各流层之间，有色液体与水混掺。
2、在如图所示的实验设备图中，取1-1，1-2两断面，由恒定总流的能量方程知：f 2222221111h g2V a p z g 2V a p z ++γ+=+γ+因为管径不变V 1=V 2 ∴=γ+-γ+=)pz ()p z (h 2211f △h 所以，压差计两测压管水面高差△h 即为1-1和1-2两断面间的沿程水头损失，用重量法或体积浊测出流量，并由实测的流量值求得断面平均流速AQV =，作为lgh f 和lgv 关系曲线，如下图所示，曲线上EC 段和BD 段均可用直线关系式表示，由斜截式方程得：lgh f =lgk+mlgv lgh f =lgkv m h f =kv m m 为直线的斜率 式中：12ff v lg v lgh lg h lg tg m 12--=θ=实验结果表明EC=1，θ=45°，说明沿程水头损失与流速的一次方成正比例关系，为层流区。
壁湍流猝发事件检测与提取方法研究
制极 为重要 。
湍流 检测方 面 的不 同特 点 ， 进 而 探 索兼 具 两 者优 点 事 件 的检测 方 法 较 多 。其 中 ， 使 用 最早 的 检 测 方 法 是 条 件 采 样 技 术 （ ｃ ｏ ｎ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｓ ａ ｍｐ ｌ ｉ ｎ ｇ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｉ ｑ ｕ ｅ ｓ ） ， 包 括 第 ２象 限 法 （ （ ） ） 、 可
１ ）重力 式低 速水 洞
为实现低速稳定 的水流场 ， 搭建起 １ 套由水箱 、
稳定 段 、 收缩段 、 实验 段 、 电磁 流量 计 等组 成 的重力
别较大。１ ９ ７ １ 年Ｋ ｉ ｍ 等人发现， 壁湍流脉动速度
信 号 自相 关 曲线 的第 １ 个 极大值 与其 平均猝 发周 期
方法 的具体 实施 步骤。与原方 法相 比 ， 该 方法既能够精确检测 湍流平均猝发周 期 ， 又能 够提 高猝发 事
件 的提取精度 。
关
键
词： 自相 关 ， 边界层 ， 效率， 流场 ， 测量 ， 信号 重构 ， 湍流 ， 小波 变换 ， 猝发 事件 ， 检测， 提取
文献标 识码 ： Ａ 文章 编号 ： １ ０ ０ ０ ． ２ ７ ５ ８ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ４ － ０ ６ ０ ２ － ０ ５ 自相关 方法来 检测 湍 流猝 发 ， 并 获 得 了与 条件 采 样
收稿 日期 ： ２ ０ １ ２ — １ １ － １ ０
基金 项 目： 国家 自然 科 学基 金 （ ５ １ １ ０ ９ １ ７ ８ ） 、 陕 西 省 自然 科 学 基础 研 究计 划 项 目
（ ２ ０ １ ０ Ｊ Ｑ ｌ Ｏ ０ ９ ） 与高等学校博士学科点专项科研基金资助
壁湍流低速条带失稳和再生的数值研究
ｍ ｔｏ ． ｈ ｒｃｓ ｏ ｓ ｂｌｙ ｉｃ ｄ ｇｔｅｌ ・ｐ ｔ ｓｉａ ｏ ｎ ｈ ｒａ ｄｗ ） ｆｔｏ ｅ ｄ Ｔ ｅｐｏ ｅｓ ｆ ｎｔ ｉｔ（ｎ ｌ ｉ ｈ ｉ ｕ ， ｅ ｏｃ ｌｔ ｎ ａｄ ｔｅｂｅｋ ｏ ｎ ｏ ｗ ｈ ｉ ａ ｉ ｕｎ ｔ ｆ ｈ ｌｉ
Ｓ ｒ ａ ｎ Ｗ ａ １ｂ ｕ ｄ ｄ Ｔｕｒ ｕ ｅ ｃ ｔｅ ｋ ｉ ｌ． ｏ ｎ ｅ ｂ ｌｎ ｅ
Ｌ ｉｎ， ＩＪａ ＤＯＮＧ ｎ ＨＵＡＮＧ Ｌ － ｉｇ， ＡＮ Ｂａ — ｈ ｎ Ｇａ ｇ， ｅｐｎ Ｆ ｏｃ ｕ
（ ａ ｏ ａ Ｋ ｙＬ ｂ ｒｔ ｙｏ ｒｎｉｎ Ｐ ｙｉ ， Ｕ Ｔ Ｎ ｎｉｇ２ ０ ９ ， ｈｎ ） Ｎ ｔ ｎｌ ｅ ａｏａｏ ｆ ａ ｓ ｔ ｈ ｓ ｓＮ Ｓ ， ａｊ １０ ４ Ｃ ｉ ｉ ｒ Ｔ ｅ ｃ ｎ ａ
壁 湍 流 低 速 条 带 失 稳 和 再 生 的 数 值 研 究
李 健 ， 刚 ， 乐萍 ， 董 黄 范宝春
（ 南京理工大学 瞬态物理国家重点实验室 ， 江苏 南京 ２ ０９ ） １０ ４
摘
要 ： 文采 用 Ｆ ｕｉ － ｈｂ ｓｅ 谱 方 法 ， 该 ｏｒ ｒＣ ｅｙｈ ｖ ｅ 通过 直接数 值 模 拟研 究 了壁 湍流 拟序 结构 中低速
ｉ ｖ ｓｉａｅ ｂ ｄ ｒ ｃ ｎ ｍｅ ｉ ａ ｓｍｕ ａｉｎ ａ ｅ ｏ ｔ ｅ ｔ ｎ ａ ｄ ｏ ｒｅ － ｅ ｙ ｈ ｖ ｐ ｃ ｒ ｌ ｎ ｅ ｔ ｔｄ ｙ ｉｅ ｔ ｕ ｒｃ ｌ ｉ ｌｔｏ ｂ ｓ ｄ ｎ ｈ ｓａ ｄ ｒ Ｆ ｕ ｉｒ Ｃｈ ｂ ｓ ｅ ｓ ｅ ｔａ ｇ
关 键词 ： 低速 条 带 ； 不稳 定性 ； 互作 用 ； 湍流 ； 相 壁 直接 数值 模拟 中图分 类号 ：３ ７５ ０ ５ ． 文章编 号 ：０５ ９３ （０２ ０ — ２ ８ ０ １０ — ８０ ２ １ ）２ ０７ —７
雷诺应力模型的初步应用
雷诺应力模型的初步应用董义道;王东方;王光学;邓小刚【摘要】针对 SSG／LRR －ω雷诺应力模型，选取 NASA 湍流资源网站上的四个典型算例，即湍流平板边界层流动、带凸起管道流动、翼型尾迹区流动和NACA0012不同攻角绕流，开展初步的验证与确认工作，将部分结果和 CFL3D进行对比。
对于NACA0012翼型绕流，对比雷诺应力模型和SA 模型的升力系数，结果表明：在失速攻角附近，雷诺应力模型明显优于 SA 模型。
在此基础上，将该模型应用于 DLR －F6翼身组合体的数值模拟，计算得到的机翼表面典型站位压力分布和实验值吻合良好，同时该模型捕捉到翼身交汇位置的小范围分离。
%Forthe verification and validation of SSG/LRR -ωReynolds stress model,four typical two dimensional cases from NASA turbulence resources website were chosen,including zero pressure gradient flat plate,bump-in-channel,airfoil near-wake and flow over NACA0012 airfoil.A part of numerical results were in good agreement with that of CFL3D.For flow over NACA0012 airfoil,lift coefficients of Reynolds stress model and SA model were compared.It is obvious that near the stall angle of attack,Reynolds stress model has advantages over SA model.Based on theseresults,SSG/LRR -ωReynolds stress model was applied to the simulation of complex DLR -F6 wing-body configuration.Pressure coefficient in typical stations is comparable to that of experiment.Besides,small range of separation in the wing-body intersection is well captured.【期刊名称】《国防科技大学学报》【年(卷),期】2016(038)004【总页数】8页(P46-53)【关键词】雷诺应力模型;验证与确认;复杂外形应用【作者】董义道;王东方;王光学;邓小刚【作者单位】国防科技大学航天科学与工程学院，湖南长沙 410073;国防科技大学航天科学与工程学院，湖南长沙 410073;国防科技大学航天科学与工程学院，湖南长沙 410073; 中山大学物理学院，广东广州 510006;国防科技大学航天科学与工程学院，湖南长沙 410073【正文语种】中文【中图分类】TN95大涡模拟和直接数值模拟能够精细捕捉流动特征，但是由于其计算量大，开展的相关研究还局限于学术领域。
最新水力学实验报告——雷诺实验
最新水力学实验报告——雷诺实验
在本次实验中，我们对流体力学中的雷诺数（Reynolds Number）进行了深入研究。
雷诺实验是流体动力学中的经典实验，它通过观察流体流过障碍物时的流动模式变化，来探究流体的流动特性。
实验设置包括一个长直管道，其中填充有水。
在管道的一端安装了一个可调节流速的泵，以控制流体的流速。
管道内部设置有一个固定尺寸的圆球，作为流体流动的障碍物。
实验的关键在于精确测量流体的速度、密度、粘度以及障碍物的尺寸，以便准确计算雷诺数。
实验开始时，我们首先调整泵的流速，使得流体以不同的速度流过圆球。
通过高速摄像机记录流体流动的过程，我们观察到随着流速的增加，流体流过圆球时的流动模式发生了明显的变化。
在低流速下，流体呈现出稳定的层流状态，而在高流速下，流动变得不稳定，形成了湍流。
我们通过实验数据计算得到的雷诺数，发现当雷诺数低于某个临界值（约为2300）时，流体保持层流状态；当雷诺数超过该临界值时，流动转变为湍流。
这一结果与理论预测相符，验证了雷诺数在流体流动模式转变中的关键作用。
此外，我们还研究了流体粘度对流动模式的影响。
实验表明，粘度的增加会导致临界雷诺数的提高，这意味着在高粘度流体中，流动更倾向于保持层流状态。
通过本次实验，我们不仅验证了雷诺数在流体动力学中的重要性，还深入理解了流体流动模式转变的物理机制。
这些发现对于工程设计、环境科学以及流体动力学的研究都具有重要的实际意义。
未来的研究
可以进一步探索不同流体特性以及复杂流动条件下的流动模式转变，以拓展我们对流体力学的理解。
壁湍流相干结构及超疏水壁面减阻机理的PIV实验研究
壁湍流相干结构及超疏水壁面减阻机理的PIV实验研究相干结构被公认为是湍流中最重要的结构,它对湍流的产生、维持、演化和发展起着重要作用,同时具有重要的工程应用和学术研究价值。
本文以壁湍流相干结构为研究核心,综合运用Stereo-PIV、Tomo-PIV和TR-PIV等先进的流体力学实验技术,研究了以下三个相关问题:其一,定量测量了真实三维发卡涡结构;其二,分析了高低速条带流向间隔区域局部流场的流体动力学规律;其三,从相干结构的角度探究超疏水壁面湍流减阻的减阻机理。
研究过程中对发卡涡、高低速条带、喷射和扫掠事件的空间结构分布特征、发展演化规律及其内在的流体动力学机理进行了深入的分析。
本文运用Stereo-PIV锁相实验,成功地对合成射流装置在边界层流场中产生的三维发卡涡结构进行定量测量,并按相位重构出一个完整合成射流周期内产生的发卡涡三维结构。
通过对三维发卡涡结构的分析,不仅实验验证了人们对发卡涡结构已有的认识,还有一些新的发现:发卡涡涡腿间喷射流体与外界环境流体间形成一个较薄的展向涡量集中的区域,是流体强剪切的区域;相邻发卡涡的两个涡腿或单个发卡涡涡腿外侧是高速流体区域,发生扫掠事件;展向脉动速度体现两层分布的特性,两个反向旋转涡腿结构靠近壁一侧的流体在展向上向涡腿间汇聚,而涡腿结构远离壁面一侧的流体在展向上向两侧流动,并且前者是主导运动。
基于这些新的发现对典型发卡涡的结构特征进行了归纳总结。
其意义在于,根据已有流场的拓扑规律,对目标流场进行反向推演得到应有的流动结构,进而对相关的流动机理进行阐述。
对湍流边界层高低速条带结构流向上间隔区域局部流场的拓扑分析是基于Tomo-PIV测得的湍流边界层瞬时3D-3C速度矢量场数据库。
文中用空间局部平均速度结构函数和条件采样方法提取条件事件局部流场,最后利用叠加平均的手段得到三维拓扑流场结构。
基于局部流场的拓扑结构中“四极子”和“六极子”式的结构,依据总结的典型发卡涡结构特征规律,本文反向推演并提出了高低速条带流向间隔区域的“三发卡涡”三维动力学模型。
壁面展向周期振动对雷诺应力输运的影响
２００３’全国流体力学青年研讨会论文集壁面展向周期振动对雷诺应力输运的影响‘黄伟希许春晓崔桂香张兆顺清华大学工程力学系，北京１０００８４摘要：本文对壁面在展向周期运动的槽道湍流进行了直接数值模拟，通过对施加控制胡始阶段和统计稳定阶段的雷诺应力输运方程的分析，研究了壁面展向周期振动的减阻机理。
发现了压力变形项在减阻中的关键作用，揭示出该项的持续减小是湍流受到抑制的主要原因。
关键词：展向壁面振动．壁湍流，减阻书１Ｌ堙０引言以减阻为目的的湍流的主动控制因其广阔的应用前景而成为湍流研究的热点。
壁面在展向的周期振动可使壁面摩擦阻力有效降低，而且作为一种主动控制方法，它不需要信息的反馈，近年来获得了人们的重视。
自从上世纪９０年代以来，人们利用计算和实验研究了展向壁面振动对壁湍流的影响…，都得到了持续的减阻效果。
此外还得到了一些共同的结论．如近壁区平均流向速度梯度减小，缓冲区增厚，对数区上移，雷诺应力和湍动能减小和峰值外移等．这些结论反映了壁面展向周期振动后的湍流边界层在统计性质上的变化，但是它们却不能揭示减阻的根本原因。
研究表明．近壁区流向涡结构在壁湍流的产生和维持中起到了重要作用，它所诱发的高速流体的下扫运动是产生壁面摩擦阻力的重要原因，所以通过干扰近壁流向涡结构可以达到碱阻的目的，壁面展向周期振动正是这样一种控制手段。
目前对壁面展向周期振动减阻机理的解释主要有两种模型：一种是根据壁面展向周期振动对流向涡的扭曲而提出的展向涡模型，展向涡使得近壁处平均流向速度梯度减小，并由于流向涡受扭曲而带来流向涡脉动量的减小，使得触发事件的强度碱小，从而带来壁面阻力的减小”１；另一种是近壁流向涡和高低速条带相互作用的模型，根据条件平均得知壁面展向周期振动将使低速条带插入流向涡下方，并使高速条带向流向涡上方运动，从而在雷诺应力的象限分析中一三象限的比重大大增加，这就造成了雷诺应力的减小”。
…。
壁面展向振动的槽道湍流也可以看成是非定常的三维边界层，Ｍｏｉｎ等”１利用直接数值模拟研究了施加展向压力梯度而形成的三维边界层的性质，并对雷诺应力输运方程进行了平衡分析，提出压力变形项在减阻中起关键的作用。
流体流动中的雷诺应力分析
流体流动中的雷诺应力分析引言雷诺应力是流体动力学中重要的研究内容之一，它描述了流体流动中的涡旋和湍流现象。
雷诺应力在工程和科学领域具有广泛的应用，如航空航天、能源、环境工程等。
本文将介绍流体流动中的雷诺应力的基本概念和分析方法，并探讨其在工程实践中的应用。
1. 雷诺应力的定义雷诺应力是指流体中速度的波动引起的力的平均值。
在雷诺应力的分析中，通常将流体分为平均速度分量和速度涨落分量。
雷诺应力可以通过测量流体动能和流体速度的差异来计算，其计算公式如下：$$ \\tau_{ij} = \\rho(u_i' u_j' - \\overline{u_i' u_j'}) $$其中，•$\\tau_{ij}$ 是雷诺应力的张量形式，描述了速度分量u i和u j之间的相关性；•$\\rho$ 是流体的密度；•u i′和u j′是速度分量u i和u j的涨落分量；•$\\overline{u_i' u_j'}$ 是速度分量u i′和u j′的空间平均值。
2. 雷诺应力的分析方法在实际应用中，雷诺应力的分析通常借助于数值模拟和实验测量。
这两种方法各有优缺点，可以相互补充。
2.1 数值模拟方法数值模拟方法是通过计算流体流动的物理方程，如Navier-Stokes方程或雷诺平均Navier-Stokes方程（RANS），来预测流体流动中的雷诺应力。
数值模拟方法具有以下优点：•可以获得流体流动全场上的速度和压力分布；•可以研究复杂流动现象，如湍流、湍流结构等。
然而，数值模拟方法也存在一些限制：•对计算资源要求较高，需要大量的计算时间和存储空间；•数值模拟结果的准确性和可靠性需要通过验证和验证实验来确认。
2.2 实验测量方法实验测量方法是通过直接观察和测量流体流动中的速度场来获取雷诺应力的信息。
常用的实验技术包括激光多普勒测速法、热线测量法、热膜测量法等。
实验测量方法具有以下优点：•可以直接观察流体流动的细节，获得高分辨率的数据；•实验测量结果的准确性能够得到直接确认。
雷诺应力的概念
雷诺应力的概念雷诺应力是流体力学中的一个重要概念，它描述了在流体中由于运动而产生的应力分布情况。
雷诺应力广泛应用于多个领域，如水力学、气体动力学、化学工程等。
首先，理解雷诺概念的重要性，需要了解其背后的基本原理。
雷诺应力是由法国物理学家雷诺在19世纪末提出的，他通过实验和数学推导，发现了流体中的微观运动对于整体流体性质的影响，并提出了雷诺应力的概念。
雷诺应力是流体中各个元素之间的相互作用所产生的应力，表征了不同速度的流体层之间的相互作用程度。
在流体中，雷诺应力可以被分解为剪切应力和正压应力两个分量。
剪切应力是由于流体层内部各个微元之间的相对滑动所产生的应力，描述了不同速度流体层之间的相互作用。
正压应力则是由于流体分子之间的碰撞而产生的压力，描述了流体层内部的压缩情况。
这两个分量的综合作用决定了流体的动力学行为。
雷诺应力具有许多重要的特征。
首先，雷诺应力是与速度梯度有关的，即当流体的速度变化较大时，雷诺应力也会相应增加。
这是因为速度梯度较大时，流体微元之间的相互作用会变强，从而使雷诺应力增大。
其次，雷诺应力可以影响到流体的整体性质，如流动阻力、湍流产生等。
在高速流动或复杂流动条件下，雷诺应力的影响会更加显著。
再次，雷诺应力与流体的黏度有关，即黏度越大，雷诺应力也越大。
因为黏度的存在会增加流体微元之间的摩擦力，从而使雷诺应力增大。
雷诺应力的研究对于很多实际问题具有重要意义。
首先，雷诺应力的理论研究可以帮助我们深入了解流体的内部结构和流动特性，为流体力学研究提供基础。
其次，雷诺应力的研究有助于解决流体动力学问题，如流动的稳定性、湍流产生和湍流传输等。
在湍流传输中，雷诺应力对于能量传递和质量传递有重要影响，因此研究雷诺应力有助于提高工艺过程的效率和性能。
此外，雷诺应力在许多工程应用中也具有重要作用。
在水力学中，研究雷诺应力可以帮助我们预测流体中的湍流现象，从而优化设计水利工程设施，如水坝、水管等。
在化学工程中，研究雷诺应力有助于改善化工过程的效率和安全，如液-液乳化、气-固反应等。
boussinesq涡流粘度假设或通过求解雷诺应力传输方程。
boussinesq涡流粘度假设或通过求解雷诺应力传输方程。
1. 引言1.1 概述在液体和气体流动领域，粘度对流体的流动行为起着至关重要的作用。
为了能够更好地描述流体流动中的粘性特征，研究人员提出了各种假设和理论模型。
本文将在这方面进行探讨，重点关注Boussinesq涡流粘度假设和求解雷诺应力传输方程这两种方法。
1.2 文章结构接下来的文章将按照以下结构进行组织：首先，我们将介绍Boussinesq涡流粘度假设，并探讨其原理、应用范围以及局限性。
然后，我们将详细论述求解雷诺应力传输方程的基本概念、求解方法与步骤，以及实际应用案例。
之后，我们将比较和分析这两种方法背后的物理基础差异，并对它们在不同情况下选择合适方法的指导原则进行讨论。
最后，我们将总结两种方法的优缺点，并展望未来研究和应用的发展方向。
1.3 目的本文旨在详细比较和分析Boussinesq涡流粘度假设与求解雷诺应力传输方程这两种方法，揭示它们背后的物理基础差异、理论和实际适用性，并提供在不同情况下选择合适方法的指导原则。
通过对这些方法的深入了解，将有助于我们更好地理解流体流动中粘度的作用机制，以及选择合适的模型和假设来描述和研究流体行为。
2. Boussinesq涡流粘度假设：2.1 Boussinesq涡流粘度假设的原理：Boussinesq涡流粘度假设是一种常用的流体动力学模型，它基于雷诺平均的Navier-Stokes方程，并引入了一个额外的剪切应力项来描述湍流效应。
该假设假定湍流可以通过将湍动能转化为剪切应力来模拟，并且这个额外的剪切应力与速度梯度有关。
在Boussinesq涡流粘度假设中，引入了一个称为涡流黏度（turbulent viscosity）的额外参数。
这个参数代表了湍流对动力学粘度所产生的补充作用。
它被建议与正比于雷诺应力和速度梯度之间的差异，并通过一个经验系数来调整。
因此，Boussinesq涡流粘度假设可以表示为：τ= -2ρk/3 + 2μtij其中τ是总应力张量，ρ是密度，k是湍动能，μtij是涡流黏度。
湍流的理论与实验研究
湍流的理论与实验研究湍流是流体力学界公认的难题，被认为是经典物理学中最后一个未被解决的问题。
自然界和工程领域的绝大多数流动都是湍流，因此湍流研究具有重大意义。
近年来，随着实验测量技术和数值模拟能力的不断增强，学术界对高雷诺数和高马赫数湍流有了许多新的认识。
我国科学界也结合国家重大战略需求和学科发展前沿，分析国际上湍流研究的特点、现状和发展趋势，希望对湍流产生机制和流动本质进行深入研讨，加强与航空、航天、航海等相关单位和部门间的沟通与联系，推动湍流研究的发展。
针对国内学科发展现状，尤其是实验研究相对薄弱的特点，国家自然科学基金委员会数理科学部、工程与材料科学部和政策局，于2014年3月20-21日在北京联合举办了第110期双清论坛，论坛主题为“湍流的理论与实验研究”。
来自全国15个单位的近50位流体力学与工程领域的专家学者应邀出席。
与会专家通过充分而深入的研讨，凝练了该领域的重大关键科学问题，探讨了前沿研究方向和科学基金资助战略。
本期特刊登此次论坛学术综述。
一、湍流研究的重要意义自1883年雷诺（Reynolds）发现湍流以来，湍流问题的研究一直困扰着众多学者。
著名物理学家费曼曾说，湍流是经典物理学中最后一个未被解决的难题；2005年《科学》杂志在其创刊125周年公布的125个最具挑战性的科学问题中，其中至少两个问题与湍流相关。
在我们日常生活中，湍流无处不在。
自然界和工程应用中遇到的流动，绝大部分是复杂的湍流问题。
在自然界，从宇宙星系的时空演化，到星球内部的翻滚流动，从大气环流的全球运动，到江河湖泊的区域流动，都有湍流的身影。
在工程领域，从陆地、海洋、空天等交通运载工具，到原子弹、氢弹、导弹、战斗机、舰船等国防武器的设计；从全球气象气候的预报，到地区水利工程的设计；从传统行业如叶轮机械、房桥建筑、油气管道，到新兴行业如能源化工、医疗器械、纳米器件的设计，都需要了解和利用湍流。
因此，湍流流动的研究不仅仅是一个学科发展的问题，更具有重要的工程应用价值。
RSM雷诺应力模型
应力微分方程简化为： ij Gij ij 0
最后得到描述雷诺应力的代数方程：
2
2
u iu j k [3ij (1 C 2 )(G ij 3ijG k)/C 1 ]
2020/11/30
t(u iu j) x k(U ku iu j) D ijij G ijij
t
(uiuj
作用。此项与生成项控制着湍流运动的总体发展水平。体现了分子粘
性对湍流脉动的消耗作用，总是使雷诺应力减小。
由于以上四项除产生项之外均含有二阶或三阶相关 矩，必须引入适当的假设加以模拟后，才能使雷诺 应力输运方程封闭。
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三、雷诺应力模型的建立
1.扩散项
高雷诺数下，该 项可忽略不计
D i＝ j x k(u iu ju k pj iu k pi ju k x ku iu j)
ij
p(ui xj
uj xi
)
压力应变项由湍动压力和湍动应变组成，又称雷诺应力再分配项或重新 分配项。此项并不影响总的湍动能水平，其作用在于改变湍动能在各法 向应力分量中的分布，即在湍流脉动速度各个分量之间起调节作用。它 代表脉动压力与脉动应变率之间的关联。
2020/11/30
3、产生项
Gij(uiukU xkj ujukU xki)
性的耗散，即湍流切应力趋向于零，而粘性作用只引起湍流正
应力即湍能的耗散。
(因为
k
1 2
uiu
j
)。这样，张量形式的耗散项
即简化为标量湍能耗散率
ij2 x uki u xkj 3 2( x ukl)2ij3 2ij
注意：耗散项的这种模拟方法虽然简便，但缺乏严格依据,某 些场合下显示出明显的不足。需要发展可靠适用的耗散率模型。
湍流边界层脉动压力波数-频率谱模型对比研究
湍流边界层脉动压力波数-频率谱模型对比研究王春旭;曾革委;许建【摘要】湍流边界层噪声是舰船主要水动力噪声之一.湍流边界层噪声预报须选用适当的脉动压力波数-频率谱模型.引入6种常用的脉动压力波数-频率谱模型,在波数域和频域内进行对比;运用这些模型对槽道流边界层脉动压力自功率谱进行预报,并引入试验结果进行对比,为工程应用中选择适当的脉动压力波数-频率谱模型提供依据:Corcos模型物理意义明确,但预报精度稍差;Chase模型表达式复杂,经验性更强,物理意义不明晰,预报精度较高.%The Turbulent Boundary Layers (TBL) noise is one of the major components of hydrodynamic noise.For prediction of the TBL noise, however it requires a suitable model of the wavenumber-frequency spectrum of TBL fluctuation pressure, so choosing a most appropriate model becomes substantially important.Six kinds of wavenumber-frequency spectrum models were introduced and compared in frequency domain and wavenumber domain in this study.The auto-spectrum of TBL pressure of a channel was calculated with the six models as mentioned above, and also compared with the experimentalresults.Some of available results are presented for practical use.The study shows that the Corcos model has definite physical significance but less accuracy, other than Chase model, which is empirical and has much more complicated expression, but usually leads to more accurate results with the experimental's.【期刊名称】《中国舰船研究》【年(卷),期】2011(006)001【总页数】6页(P35-40)【关键词】湍流边界层噪声;波数-频率谱模型;脉动压力;自功率谱【作者】王春旭;曾革委;许建【作者单位】中国舰船研究设计中心,湖北,武汉,430064;中国舰船研究设计中心,湖北,武汉,430064;中国舰船研究设计中心,湖北,武汉,430064【正文语种】中文【中图分类】U661.44当舰船、鱼雷或者拖曳导流罩航行时，物面边界层由层流发展为湍流。
雷诺实验实验报告
实验一雷诺实验一、实验目的1、观察流体流动时各种流动型态；2、观察层流状态下管路中流体速度分布状态；3、测定流动型态与雷诺数Re之间的关系及临界雷诺数值。
二、实验原理概述流体在流动过程中有两种截然不同的流动状态，即层流和湍流。
它取决于流体流动时雷诺数Re值的大小。
雷诺数：Re＝duρ/μ式中：d－管子内径，mu－流体流速，m/sρ－流体密度，kg/m3μ－流体粘度，kg/(m·s)实验证明，流体在直管内流动时，当Re≤2000时属层流；Re≤4000时属湍流；当Re在两者之间时，可能为层流，也可能为湍流。
流体于某一温度下在某一管径的圆管内流动时，Re值只与流速有关。
本实验中，水在一定管径的水平或垂直管内流动，若改变流速，即可观察到流体的流动型态及其变化情况，并可确定层流与湍流的临界雷诺数值。
三、装置和流程本实验装置和流程图如右图。
水由高位槽1，流径管2，阀5，流量计6，然后排入地沟。
示踪物（墨水）由墨水瓶3经阀4、管2至地沟。
其中，1为水槽2为玻璃管3为墨水瓶4、5为阀6为转子流量计四、操作步骤1、打开水管阀门2、慢慢打开调节阀5，使水徐徐流过玻璃管3、打开墨水阀4、微调阀5，使墨水成一条稳定的直线，并记录流量计的读数。
5、逐渐加大水量，观察玻璃管内水流状态，并记录墨水线开始波动以及墨水与清水全部混合时的流量计读数。
6、再将水量由大变小，重复以上观察，并记录各转折点处的流量计读数。
7、先关闭阀4、5，使玻璃管内的水停止流动。
再开墨水阀，让墨水流出1～2cm距离再关闭阀4。
8、慢慢打开阀5，使管内流体作层流流动，可观察到此时的速度分布曲线呈抛物线状态。
五、实验数据记录和处理表1 雷诺实验数据记录。
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第23卷 第1期2008年2月实 验 力 学J OU RNAL OF EXPERIM EN TAL M ECHANICSVol.23 No.1Feb.2008文章编号:100124888(2008)0120017210壁湍流猝发过程中速度分量的相位差对雷诺应力影响的实验研究3刘薇,赵瑞杰,姜楠(天津大学机械工程学院力学系天津市现代工程力学重点实验室,天津300072)摘要:用IFA300恒温热线风速仪和×形二分量热线探针,以采样间隔小于最小湍流时间尺度的分辨率,精细测量了风洞中平板湍流边界层不同法向位置的瞬时流向、展向速度分量的时间序列信号。
用子波分析辨识壁湍流相干结构猝发事件的能量最大准则,确定壁湍流相干结构猝发事件的时间尺度;用条件相位平均技术提取了相干结构猝发过程中流向、展向脉动速度分量条件相位平均波形,用互相关方法研究了相干结构猝发过程中流向、展向脉动速度分量条件相位平均波形的相位差关系及其对雷诺应力的影响,发现在缓冲层和对数律区,展向脉动速度与流向脉动速度的条件相位平均波形具有不同的相位;当两者相位基本一致时,雷诺应力达到正的最大值,此时湍流相干结构的产生非常活跃;当两者相位差分别集中在90°和270°附近时,雷诺应力的幅值减小并接近于零,此时湍流相干结构的产生和猝发都得到了抑制。
关键词:壁湍流;相干结构;猝发;雷诺应力;相位差中图分类号:O357 文献标识码:A0 引言1967年,美国斯坦福大学的Kline小组[1]对湍流近壁区条纹结构进行的全面细致的观测工作,标志着开始对湍流近壁区相干结构进行系统的研究,并将这一系列的过程称为相干结构的猝发。
湍流猝发现象不仅产生和输运大部分的湍动能,而且与Reynolds应力的产生以及被动标量的输运有着密切关系[2]。
Wallace et al(1972)[3]、L u&Willmart h(1973)[4]、Raupach(1981)[5]的实验均表明在湍流边界层和槽道流中猝发现象对Reynolds应力的产生起着重要作用。
几乎90%的湍动能或者Reynolds应力产生于近壁区域,而猝发中上抛事件和下扫事件产生的Reynolds应力分别占全部的60%～70%[6]。
开展相干结构研究的最终目的是通过研究相干结构的动力学行为和规律,建立符合相干结构机理的数学模型和湍流模式,在工程中更加准确地预报湍流,探索在工程中通过控制相干结构控制湍流的有效途径[7]。
著名流体力学家Liep mann[8]在1979年就曾经预言,可以通过控制相干结构控制湍流。
现在控制相干结构已成为控制湍流的有效途径,在减小壁面摩擦阻力、降低流动噪声方面具有重要的应用前景,对于提高管道和飞行器的运输效率、降低能耗,提高空中飞行器和水下兵器的隐身性能方面具有重要的工程应用价值。
子波变换是新近发展起来的一种数学方法[9],通过信号与一个被称为子波的解析函数进行卷积将3收稿日期:2007207223;修订日期:2008201216基金项目:国家自然科学基金资助项目10472081;教育部中国高等学校新世纪优秀人才计划资助项目;天津市科技发展计划资助项目06TXTJJ C13800通讯作者:姜楠(1968-),男,教授,博士生导师。
E2mail:nanj@信号在时域空间与频域空间同时进行分解,子波是在物理时间(空间)确定位置具有有限尺度的局部扰动或“小波”,在确定时刻周围一定尺度的局部范围内具有正负交替的波动性,其影响范围是有限的。
子波的物理概念和局部性符合湍流中湍涡(eddy )的物理概念和特征,而子波分解正是基于湍涡的物理概念对湍流进行分解的客观有效方法。
本文用子波分析的方法,提取壁湍流相干结构猝发事件的瞬时速度信号和瞬时雷诺应力的条件相位平均波形,研究了流向和展向瞬时速度信号条件相位平均波形的相位差沿平板湍流边界层法向位置的演化规律及其对雷诺应力分量的影响,提出了通过控制猝发过程中速度分量的相位关系,进而控制相干结构雷诺应力的初步设想,并为建立相干结构的数学模型提供了可靠的实验依据。
1 实验设备与技术实验是在天津大学流体力学实验室直流闭口抽吸式低湍流度风洞中完成的。
风洞实验段长度4.5m ,横截面为切角的矩形,高0.45m ,宽0.35m ,风洞采用直流可控硅调速装置,马达功率7.5kW ,实验段风速在1.0m/s 和50.0m/s 之间连续可调,原始湍流度小于0.07%。
当流向速度12m/s 时,边界层厚度δ=52mm ,雷诺数Re δ=U ∞σν=38690。
实验用平板前缘为楔形,固定在实验段的水平中心线上,与来流方向平行,平板长L =1500mm ,宽350mm ,厚5mm ,平板前缘贴砂纸并有拌线,以加速转捩,使来流能够在探针测量位置处形成充分发展的湍流。
在距离平板前端X =1000mm 处,用TSI 公司IFA300型恒温热线风速仪及TSI12432T1.5型双丝热线探针进行测量,热线敏感材料为直径5μm 的钨丝。
为了获得恒温热线风速仪最佳频率响应和真实的输出电压E (t )和流动速度U (t )之间的响应关系,每一个探针在每次测量前都单独进行标定。
由IFA300型恒温热线风速仪对TSI12432T1.5型双丝热线探针进行标定,得到的电压-流速曲线如图1所示。
平板湍流边界层平均速度剖面如图2所示。
其中,u +=u/u 3,y +=y u 3/ν分别代表由摩擦速度u 和运动粘性系数ν无量纲化的流向速度和法向位置。
从图中可看出本流场符合标准的湍流边界层流场。
图1 TSI12432T1.5型双丝热线探针的标定曲线Fig.1 Calibration curves for TSI 212432T1.5type double hot wire sensor probe2 分析方法对于一维湍流速度空间分布u (x )的Harr 子波变换为:W u (a ,b )=1a [∫a+b b u (x )dx -∫b -a+b u (x )dx ](1)式(1)的物理意义是在x ∈[b,a +b]内流体的平均速度与在x ∈[-a +b,b]内流体的平均速度的差。
如果在x ∈[-a +b,a +b]内有一个空间尺度为2a 的湍流结构,则(1)式表示其尺度为a 的前一半结构x ∈[b,a +b]与尺度为a 的后一半结构x ∈[-a +b,b]的平均迁移速度之差,即该尺度范围内的流向速81 实 验 力 学 (2008年)第23卷 图2 平板湍流边界层流向平均速度剖面Fig.2 Longitudinal mean velocity profile in turbulent boundary layer on a flat plate度差别引起的流向拉伸变形。
如果W u (a ,b )>0,则∫a +b b u (x )d x -∫b -a +b u (x )d x >0表示前一半(下游)结构的平均迁移速度快于后一半(上游)结构的平均迁移速度,该流体结构正在进行拉伸。
如果W u (a ,b )<0,则∫b a +b u (x )d x -∫-a +b bu (x )d x <0,表示前一半(下游)结构的平均迁移速度慢于后一半(上游)结构的平均迁移速度,该流体结构正在进行压缩[10]。
从(1)式可以看出,一维湍流速度空间分布u (x )的Harr 子波变换与描述湍流结构的流向相对伸缩变形的湍流局部平均速度结构函数的概念是一致的。
因此湍流局部平均速度结构函数定义为[11]:δu (b,a )=u (x )x ∈[b,b+a]-u (x )x ∈[b-a,b](2) 姜楠等(1997)[12]提出了用子波分析的能量最大准则检测壁湍流相干结构猝发事件的方法。
根据流向速度分量u (t )的子波系数W u (a ,b ),湍流信号u (t )的所代表的一部分湍动能可以按照尺度进行分解:∫+∞-∞|u (t )|2dt =∫+∞0E (a )a 2da (3)E (a )=2Cw∫+∞-∞|W u (a ,b )|2db(4)根据式(4)可得到壁湍流脉动速度动能E (a )随尺度参数a 的分布,其中存在着一个能量最大尺度a 3,该尺度对应的湍流结构占有最多的湍流脉动动能。
因此,可以按能量最大准则确定壁湍流相干结构对应的时间尺度。
3 测量结果分析与讨论图3(a )～(e )中分别给出了在缓冲层y +=21.47、24.79和对数律层位置y +=38.06、101.07以及外区y +=1002.19猝发过程中能量最大尺度(第六尺度)对应的流向脉动速度u ′、展向脉动速度分量w ′、雷诺应力的条件相位平均波形。
图中纵轴为瞬时脉动速度,横轴为时间,相位平均波形的点是按流体质点经过探针的时间先后排列的。
图3中在缓冲层位置,左侧图中流体质点的流向脉动速度在上游速度慢,下游速度快,形成一个减速或者说是拉伸过程,与此同时,展向脉动速度分量为偏离风洞轴线方向左右摆动一次,表明低速流体自壁面向外区喷射或上抛使测点当地流向速度降低,同时产生左右摇摆震荡;右侧图中流体质点的流向脉动速度在下游速度慢,上游速度加快,形成一个强烈加速或者说是压缩过程;此时展向脉动速度偏离风洞轴线方向左右摆动两次,每次摇摆的强度不尽相同。
对应来自外区的高速流体下扫使测点当地流向速度增加,特别值得注意的是,在喷射和扫掠的过程中展向脉动速度分量w ′比流向脉动速度分量u ′均明显存在相位滞后。
进入对数区,展向脉动速度分量w ′与流向脉动速度分量u ′基本上具有相同的相位,在展向脉动速度分量w ′与流向脉动速度分量u ′同相位负的极小值和正的极大值相位上,雷诺应力分量u ′w ′的幅值均取得极大值波峰。
随着法向坐标远离壁面,进入外区,91第1期 刘薇等:壁湍流猝发过程中速度分量的相位差对雷诺应力影响的实验研究流向脉动速度u ′、展向脉动速度w ′以及雷诺应力分量u ′w ′的幅值都呈现逐渐降低趋向于零的趋势,说明壁面附近是湍流产生的主要区域。
图3 流向脉动速度、展向脉动速度及雷诺应力在能量最大尺度的上抛和下扫过程中条件相位平均波形Fig.3 Conditional phase 2averaged waveforms of the longitudinal fluctuating velocity ,transverse fluctuatingvelocity and Reynolds stress during sweep and eject events at the maximal energetic scale02 实 验 力 学 (2008年)第23卷 图3(续) 流向脉动速度、展向脉动速度及雷诺应力在能量最大尺度的上抛和下扫过程中条件相位平均波形Fig.3 Conditional phase 2averaged waveforms of the longitudinal fluctuating velocity ,transverse fluctuatingvelocity and Reynolds stress during sweep and eject events at the maximal energetic scale 为了进一步研究流向脉动速度分量u ′和展向脉动速度分量w ′条件相位平均波形的相位关系,计算流向脉动速度u ′和展向脉动速度w ′相位平均波形对应不同时间相位差时的互相关系数,描绘出互相关系数随相位差变化的函数关系(如图3所示)。