展向非均匀粗糙湍流边界层能谱特性的实验研究

【作者】 龙彦光； 王晋军； 潘翀；

【机构】 北京航空航天大学流体力学教育部重点实验室；

【摘要】 为了深入理解展向非均匀粗糙边界层的动力学特性,本文使用时间解析的SPIV技术对流动的展向-垂向平面进行了测量。实验设置如图1 （a）所示;选用的粗糙类型为流向肋条形粗糙,相邻肋条的展向间距约为1.3倍边界层厚度;以测量平面流向位置x定义的雷诺数Re_x约为7.2×10⁵。首先,使用泰勒冻结假设,得到的粗糙上方的流向脉动速度预乘能谱λ_xΦ_uu如图1 （b）所示,观察到λ_xΦ_uu在边界层外区（y/δ≈0.2-0.5,λ/δ≈2-3）出现峰值。作为对比,均匀粗糙湍流边界层在相同雷诺数下的预乘能谱中没有相应峰值（图1 （c））;这说明外区峰值与非均匀粗糙诱导产生的流动密切相关。其次,从瞬时流动图像发现,非均匀粗糙会在其上方诱导产生摇摆的大尺度低速结构。将每个高度流向速度的最低值作为低速大尺度结构的"骨架";"骨架"展向位置的频谱表明,预乘能谱外区峰源于大尺度低速结构的瞬时摇摆。更多还原