周期性扰动在湍流边界层中沿法向的衰减α.PDF

第 16 卷　第 3 期 实　验　力　学 V o l. 16　N o. 3 2001 年 9 月 JOU RNAL O F EXPER IM EN TAL M ECHAN ICS Sep. 2001 　 文章编号:(2001) 周期性扰动在湍流边界层中沿法向的衰减 王　昕, 姜　楠, 舒　玮 (天津大学, 天津 300072) 摘要: 在开口式循环水槽底部湍流边界层外区中引入周期性扰动, 利用X 型热膜 探针对下游扰动进行测量. 研究了湍流边界层中周期性人工扰动对湍流结构的影响, 获得了人工扰动在湍流边界层中沿法向的衰减趋势. 关键词: 湍流边界层; 周期性扰动; 自相关; 功率谱; 衰减 中图分类号: O 357　　　文献标识码: A 1　引言 　　参考层流失稳的实验方法将人工扰动引入湍流实验, 很多研究者研究了湍流边界层中的 扰动对相干结构猝发过程的影响以及扰动本身在流场中的衰减特性. 文献[1 ]采用电磁激振的 方法, 研究了不同频率的人工扰动信号沿流向的发展, 得到沿流向高频信号衰减快, 低频信号 衰减慢的结论; 文献[2 ]用机械振动方法在水槽实验中引入人工有序扰动, 研究了低频扰动波 沿流向的发展和演化过程, 以及湍流边界层外层扰动对内层猝发的影响. 本文继续前人的工 作, 对湍流边界层外区所施加的周期性扰动对流场的影响及扰动沿法向的衰减特性进行研究. 对人工扰动信号在流场中发展的特性研究, 虽然不能直接去揭示猝发形成与演化机理, 但 是所得到的扰动在湍流中的发展与演化规律将有助于对猝发的产生、影响因素及其在流场中 发展过程的研究. 2　实验装置及测量方法 　　实验在开口式循环水槽中进行, 采用X 型热膜探针进行测量. 考虑实验在水中进行, 又是 用热膜探针进行测量, 不宜使用电磁方式加扰, 所以采用机械方式引入周期性扰动. 扰动装置 如图 1 所示. 该装置以微型直流电机为动力, 通过直流脉宽调速器进行调压调速. 振动带采用 硬质聚乙烯材料并紧绷在支架上, 带宽 3 、厚 0. 3 , 平展度较好. 由偏心轴、传动导轨和 mm mm ( ) 支架组成类似曲柄连杆机构的传动装置, 实现了将偏心轴的圆周运动转换为支架 振动带 上 收稿日期: 修订日期: ( ) 基金项目: 国家自然科学基金重点项目 的一部分 ( ) 作者简介: 王昕 1971- , 天津大学博士生, 主要从事湍流理论的实验及随机信号处理的研究. © 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 第 3 期　　　　　　　　王昕等: 周期性扰动在湍流边界层中沿法向的衰减　　　　　　　　　　　 271 下方向的直线简谐运动. 通过调整偏心轴的偏 心距, 振动带的振幅可实现在 0～ 3 范围内 mm 连续调节. 该装置可以产生 5～ 20H z 连续可调 的周期振动, 振动频率误差在±0. 15H z 范围 内. 从数字转速表对电机转速的实时测量以及 对所测结果的功率谱分析都证明了这一点. 振动带安置在距