论文部分内容阅读
紊流边界层拟序结构，是近几十年来紊流研究中最重要的发现，也是目前紊流研究中的一大热点问题。本文在评述紊流边界层拟序结构研究现状的基础上，受前人研究工作的启发，提出了使用平面激光诱导荧光（PLIF）技术与声学多普勒测速（ADV）技术相结合的方法同步观测和研究紊流边界层拟序结构的新思路。主要进行以下的研究工作： 1、开发研制了一套基于PLIF技术的流动显示和浓度场测量系统和一套ADV自动测量和分析系统，并提出了与本文研究手段相适应的数据处理方法。 2、应用了ADV自动测量和分析系统首次对紊流边界层的水力特性进行研究。实验表明，紊流边界层存在流动分区结构，时均流速、紊动强度和偏差系数沿垂线的分布均可以用作判定流动分区的标准；还对流速概率分布和平坦系数的变化规律进行了研究，试验成果与前人的结论基本一致。 3、利用PLIF技术与ADV技术相结合的方法，同步获得了图像时间序列、灰度时间序列和流速时间序列。 由图像时间序列和灰度时间序列，定性观测和分析了紊流边界层中的猝发形态、猝发过程和涡的运动过程，同时对猝发喷射角度和喷射高度随雷诺数变化的规律进行了研究，实现了流动显示的定量测量。 运用不同的数据处理方法，从三种时间序列中提取出了描述拟序结构的统计特征量—平均猝发周期，建立了以边界层内部和外部参量无量纲化的猝发频率与以边界层动量损失厚度δ2为特征长度的雷诺数Rem的关系。 4、根据对紊流边界层拟序结构的研究认识，分析了拟序结构与泥沙运动、拟序结构与床面形态的相互影响和作用，指出，拟序结构与泥沙运动和床面形态之间存在着很大的关联。