高分子溶液壁湍流減阻機(jī)理的trpiv實(shí)驗(yàn)研究

1、 高分子溶液壁湍流減阻機(jī)理的 高分子溶液壁湍流減阻機(jī)理的 TRPIV 實(shí)驗(yàn)研究 實(shí)驗(yàn)研究 TRPIV Measurement Investigation on Drag-Reduction Mechanism of Wall-bounded Turbulent Flow with Polymer Solution 學(xué)科專業(yè)：流體力學(xué) 研 究 生：蔣營營 指導(dǎo)教師：姜楠 教授 天津大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 二零一二年十二月 摘 要 采用高時(shí)間分辨

2、率粒子圖像測(cè)速技術(shù)（TRPIV）對(duì)回流式水槽中低濃度高分子聚合物溶液的減阻機(jī)理進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。 通過對(duì)自由來流速度分別為 0.125 m/s、0.145 m/s、0.180 m/s 時(shí)的高分子溶液和純水的平板湍流邊界層速度矢量場(chǎng)的時(shí)間序列及其統(tǒng)計(jì)量的分析， 討論了加入高分子聚合物對(duì)溶液平均速度剖面， 雷諾應(yīng)力及湍流強(qiáng)度的影響。 用流向速度分量的多尺度空間局部平均速度結(jié)構(gòu)函數(shù)、條件采樣和相位平均技術(shù)提取壁湍流多尺度相干結(jié)構(gòu)在噴射和掃掠階段

3、的脈動(dòng)速度、速度變形率、雷諾應(yīng)力、渦量等物理量的二維拓?fù)湫螒B(tài)。結(jié)果表明，在相同的來流速度情況下， 高分子溶液的壁面摩擦阻力減小， 對(duì)比高分子溶液在三個(gè)流速下的減阻率， 發(fā)現(xiàn)隨著流速增大 （雷諾數(shù)增大） ， 高分子溶液的減阻率增大，由 13.56%增大到 29.67%； 與純水相比， 高分子溶液的緩沖層增厚， 對(duì)數(shù)律外移，相同法向位置處的湍流強(qiáng)度和雷諾應(yīng)力減小。 對(duì)比高分子溶液和純水壁湍流相干結(jié)構(gòu)在噴射和掃掠階段的脈動(dòng)速度、 速度梯度、速

4、度變形率、展向渦量等物理量的二維拓?fù)湫螒B(tài)，高分子聚合物的加入沒有改變?nèi)芤旱耐負(fù)湫螒B(tài)， 而是減小了相干結(jié)構(gòu)相應(yīng)物理量的大小。 對(duì)比分析高分子溶液壁湍流相干結(jié)構(gòu)在噴射和掃掠階段的影響知道， 高分子溶液中相干結(jié)構(gòu)掃掠事件受到的影響最大，抑制高速流體沖向壁面，湍流猝發(fā)頻率減弱。所以，高分子溶液抑制了湍流相干結(jié)構(gòu)的猝發(fā)， 削弱了湍流輸運(yùn)， 從而揭示出高分子溶液減阻的重要的內(nèi)在機(jī)制。 關(guān)鍵詞： 關(guān)鍵詞：高時(shí)間分辨率粒子圖像測(cè)速技術(shù)（TRPIV） ，