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湍流边界层内标度律的研究

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张珂 李万平

华中科技大学土木工程与力学学院,湖北武汉430074

湘潭大学自然科学学报
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国际标准刊号:ISSN 1000-5900
国内统一刊号:CN 43-1066

摘  要:

利用高分辨率、高帧率PIV系统对湍流边界层中的脉动速度结构函数及标度律进行了实验研究.实验是在动量损失厚度雷诺数Reθ=3069下测量平板湍流边界层的二维瞬时速度场.首先,应用小波分析以及传统的统计学方法,对流向脉动速度增量和法向速度增量的概率密度函数进行研究,并和gauss正态分布进行比较,说明在湍流边界层中存在着数量众多的大幅值间歇性事件发生.然后,利用在动量损失厚度雷诺数Reθ=3069下测得的数据,对多种脉动结构的标度律进行了研究,结果表明流向脉动速度u′、法向脉动速度v′及脉动涡分量dv′/dx的统计结构量均存在明显的标度律,且标度指数与自相似律和SL标度律基本吻合,只是随尺度的不同而略有不同,且呈现一定的规律性.[著者文摘]

scaling law 湍流现象是自然界中最复杂的物理现象,一个多世纪以来,湍流的机理问题一直是人们不断探索的问题.而最近几十年来,许多工作致力与湍流结构函数的标度律的测量和模型研究.所谓标度律是指湍流场中惯性区内两点间速度差(所谓速度结构函数)的统计矩和两点之间的距离成幂次关系,其幂次即为标度指数.标度指数是对多尺度复杂系统临界自组织状态的定量的刻画,直接反映了湍流的基本流动机制,成为湍流的基本机理试金石.Kolmogorov (1941)根据随机场理论,对极高雷诺数(雷诺数趋于无穷大)的均匀各向同性湍流的能谱进行了分析,成功地预言出惯性子区的存在及著名的一5/3定律.根据这个理论,通过量纲分析,可以得到线性的标度指数(Jp)=号.(1) 特别地,对于3阶结构函数,根据Kolmogorov方程< >=一< e > z+6u < u(Z) > 在惯性子区范围内略去(2)式右边第二项.得到< > = 一詈<e>z,即(3)= 1.收稿日期:2006—......
Natural Science Journal of Xiangtan University

栏目信息:

物理与力学

分 类 号:

O357.5

文献标识码:

A

文章编号:

1000-5900(2007)02-0046-06

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[参考文献]

Experimental Research of Scaling Law in Turbulent Boundary Layer

ZHANG Ke , LI Wan- ping (Academy of Civil Engineering and Mechanics, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074 China)

Abstract:

In this paper PIV system was used to measure the probability density function and scaling law in the turbulent boundary layer of a flat plate. The probability density function at Reθ = = 3 069 were obtained by wavelet analysis and traditional statistic methods. The vector distribution of u', v' and dv'/dx obtained by wavelet analysis in turbulent boundary layer at Reθ = 3 069 were used to verify sealing law and the self- similarity law. By the research, it was found that the tails of the probability density function of u' and v' deviate the Gaussian distribution, but the three statistical structures are matched SL law and the self- similarity law.[著者文摘]

Key words:

turbulent boundary layer; probability density function; PIV; scaling law

收稿日期: 2006-05-22

基金资助:

国家自然科学基金资助项目(10372033)

作者简介:

张珂(1980-),女,河南唐河县人.博士研究生.E-mail:zhang-ke001@163.com

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