基于层析PIV的半球近尾迹区实验研究

【作者】 涂晗； 王中一； 高琪； 王晋军；

【机构】 浙江大学航空航天学院； 北京航空航天大学航空科学与工程学院；

【摘要】 壁面粗糙颗粒的绕流流动是输水/油管道、飞行器表面等工程环境常见的流动现象。本研究针对半球在层流边界层内产生的马蹄涡结构,对近壁面相干结构进行研究,对认识湍流中马蹄涡演化机制和相关工程问题有重要帮助。本实验运用氢气泡流动显示和时间解析的层析粒子图像测速(TPIV)研究浸入层流边界层的半球近尾迹区,同时重建近尾迹区的三维压力场,从运动学和动力学的角度理解马蹄涡生成机制。运用本征正交分解和傅里叶变换对半球近尾迹流动结构的周期性特征进行了分析,发现壁面法线方向的速度脉动对近尾迹区马蹄涡的形成至关重要,且主马蹄涡的特征频率是侧马蹄涡的一半。通过研究压力与马蹄涡强度的相关性以及质量和涡量的输运,发现主马蹄涡生成过程中涡头先于涡腿形成;侧马蹄涡生成过程中则先形成涡腿,涡头的生成可视为驻涡在下游的合并,主马蹄涡的诱导不是形成侧马蹄涡的唯一原因。此外,主、侧马蹄涡的脱落均与壁面法线方向的压力梯度高度相关。更多还原