近壁方柱繞流湍流場非定常特性的PIV實驗研究.pdf

1、本文研究工作受國家自然科學(xué)基金(50606024)“后緣尾渦脫落非定常流場渦聲相關(guān)的實驗研究”和NSFC(中國自然科學(xué)基金會)－KOSEF(韓國科學(xué)與工程基金會)合作研究項目“湍流場相干結(jié)構(gòu)渦聲相關(guān)實驗和理論研究”資助。本文利用PIV（Particle Image Velocimetry）對近壁方柱繞流的非定常特性進行了細致的研究，揭示了壁面對近壁柱體繞流流動的影響；同時，通過對流動控制方程的分析，提出了基于PIV速度場測試結(jié)果的流場壓

2、力預(yù)測方法。 首先，作者根據(jù)實驗要求設(shè)計了用于湍流機理實驗的低速循環(huán)水槽，并建立了用于獲取方柱繞流平均速度場數(shù)據(jù)的高分辨率PIV系統(tǒng)，以及用于流場非定常測量的時序PIV（Time-Resolved PIV,TR-PIV）系統(tǒng)。通過對PIV測量得到的速度場進行統(tǒng)計分析，獲得了流場流線圖、剪切力分布、回流間歇因子分布等。對四種近壁結(jié)構(gòu)(G/D=0.8、0.4、0.2、0.1，G為方柱與壁面間距，D為方柱截面邊長)的流場對比分析后，揭

3、示了方柱靠近壁面時，壁面對方柱繞流流動的影響。通過對時序PIV結(jié)果的頻譜分析、相關(guān)分析及瞬態(tài)流場的分析，闡述了方柱與壁面間距不同時，方柱后旋渦脫落的頻率和形態(tài)變化，以及旋渦脫落后在方柱尾部的運動狀態(tài)和發(fā)展演化過程。 此外，本文對基于PIV速度場測試結(jié)果的流場壓力預(yù)測方法進行了探索研究。作者分別在層流和湍流兩種情況下，對流動控制方程進行分析并簡化，得到壓力計算公式。在對壓力計算公式中的微分項處理時，本文給出了兩種離散方法并比較了其