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湍流边界层相干结构空间拓扑形态的层析TRPIV测量 被引量:11
1
作者 姜楠 于培宁 管新蕾 《航空动力学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第5期1113-1121,共9页
用层析TRPIV(time-resolved paticle image velocimetry)技术精细测量了水洞中平板湍流边界层三分量速度的时空序列信号,提出了空间局部平均多尺度速度结构函数的新概念描述湍流多尺度涡结构的空间拉伸、压缩、剪切变形和旋转.用空间局... 用层析TRPIV(time-resolved paticle image velocimetry)技术精细测量了水洞中平板湍流边界层三分量速度的时空序列信号,提出了空间局部平均多尺度速度结构函数的新概念描述湍流多尺度涡结构的空间拉伸、压缩、剪切变形和旋转.用空间局部平均多尺度速度结构函数对湍流脉动速度进行了空间多尺度分解.用空间局部平均多尺度速度结构函数的新概念,根据湍流多尺度涡结构在空间流向的拉伸和压缩特征,提出了新的湍流相干结构条件采样方法,检测并提取了层析TRPIV数据中相干结构的"喷射"和"扫掠"事件中的速度、涡量等物理量的空间拓扑形态.发现在喷射和扫掠事件中均存在一对反向旋转的准流向"马蹄形"涡结构. 展开更多
关键词 层析trpiv(time-resolved paticle image velocimetry) 湍流边界层 相干结构 局部平均结构函数 喷射 扫掠
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逆向涡对超疏水壁面减阻影响的TRPIV实验研究 被引量:13
2
作者 苏健 田海平 姜楠 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2016年第5期1033-1039,共7页
超疏水壁面由于具有减阻和自清洁功能而成为国内外减阻和海洋防污等研究领域的热点之一,而20世纪湍流中相干结构的发现为湍流的控制指出新的方向,尤其近壁区涡结构对摩擦阻力贡献很大.利用高时间分辨率粒子图像测速技术,研究了超疏水壁... 超疏水壁面由于具有减阻和自清洁功能而成为国内外减阻和海洋防污等研究领域的热点之一,而20世纪湍流中相干结构的发现为湍流的控制指出新的方向,尤其近壁区涡结构对摩擦阻力贡献很大.利用高时间分辨率粒子图像测速技术,研究了超疏水壁面(SH)以及亲水壁面(PH)湍流边界层中正负展向涡的空间分布特征,研究逆向涡对超疏水壁面近壁区流动结构的影响和超疏水壁面的减阻机理.首先利用空间多尺度局部平均涡量的概念提取壁湍流发卡涡展向涡头(顺向涡)和逆向涡,实现了准确识别涡心并排除小尺度涡的干扰;然后根据检测到的顺向涡和逆向涡流线分布图,发现逆向涡始终处于正向涡的上游和下方,并且对正向涡的进一步发展起抑制作用;最后对两种壁面边界层中逆向涡数量以及出现概率进行对比,发现具有减阻效果的超疏水壁面边界层中出现更多逆向涡.说明逆向涡可抑制上方顺向涡与壁面的强烈剪切,并使靠近壁面的流体加速,从而产生减阻效果;超疏水壁面中涡结构具有更大的β角,使其更好地阻碍了发卡涡头附近强烈的喷射和扫略;超疏水壁面逆向涡出现概率明显大于亲水壁面.这些结果表明:超疏水壁面表现出的减阻特性(Reδ≈13 500,减阻5.8%)与两板产生逆向涡的差异有关. 展开更多
关键词 超疏水壁面 逆向涡 减阻机理 trpiv
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超疏水壁面湍流边界层减阻机理的TRPIV实验 被引量:8
3
作者 王二丹 田海平 +2 位作者 张静娴 姚朝辉 姜楠 《航空动力学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第12期2870-2877,共8页
利用高时间分辨率粒子图像测速(TRPIV)技术,开展超疏水壁面材料湍流边界层减阻机理的实验研究.在循环水槽中,对超疏水壁面和亲水壁面湍流边界层瞬时速度矢量场的时间序列进行了实验测量.得到了同一来流速度(0.17m/s)下超疏水壁面和亲水... 利用高时间分辨率粒子图像测速(TRPIV)技术,开展超疏水壁面材料湍流边界层减阻机理的实验研究.在循环水槽中,对超疏水壁面和亲水壁面湍流边界层瞬时速度矢量场的时间序列进行了实验测量.得到了同一来流速度(0.17m/s)下超疏水壁面和亲水壁面湍流边界层的平均速度、湍流度及雷诺切应力沿法向的分布规律.提出了空间多尺度局部平均涡量的概念,并以此为特征量检测壁湍流发卡涡展向涡头的中心位置.用条件采样及空间相位平均技术提取了不同法向位置发卡涡展向涡头周围流向脉动速度和流线的空间拓扑,对发卡涡展向涡头的俯仰角进行了对比,并从鞍点-焦点动力系统的角度分析了发卡涡展向涡头附近的流线拓扑特征.研究表明:雷诺数约为13 500时,相比亲水壁面,超疏水壁面实现了10.1%的减阻.超疏水壁面平均速度明显增大,雷诺切应力减小,流向湍流度减弱,发卡涡展向涡头俯仰角较小,近壁区相干结构的发展受到抑制. 展开更多
关键词 湍流减阻 超疏水壁面 湍流边界层 高时间分辨率粒子图像测速(trpiv) 鞍点-焦点动力系统 空间多尺度局部平均涡量
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超疏水表面对湍流边界层相干结构影响的TRPIV实验研究 被引量:10
4
作者 刘铁峰 王鑫蔚 +1 位作者 唐湛棋 姜楠 《实验流体力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第3期90-96,共7页
湍流边界层中的相干结构是壁面摩擦阻力的主要来源。通过研究超疏水壁面对相干结构的影响,揭示其减阻机理。利用高时间分辨率粒子图像测速技术(TRPIV),分别对流速为0.165m/s的亲水壁面和超疏水壁面平板湍流边界层进行测量,得到了2种壁... 湍流边界层中的相干结构是壁面摩擦阻力的主要来源。通过研究超疏水壁面对相干结构的影响,揭示其减阻机理。利用高时间分辨率粒子图像测速技术(TRPIV),分别对流速为0.165m/s的亲水壁面和超疏水壁面平板湍流边界层进行测量,得到了2种壁面瞬时速度矢量场的大样本时间序列。通过对比分析2种壁面的平均速度剖面和湍流度,得到了5.39%的减阻效果。通过二维空间两点相关函数的方法定义并提取相干结构,对比得到超疏水壁面能够有效减小相干结构流向尺度的结论。进一步采用λ ci 准则对发卡涡头进行识别,并以此为条件事件对其周围的脉动速度分布情况进行线性随机估计。结果表明:超疏水壁面能够有效削弱单个发卡涡头的强度,并且能够影响其周围发卡涡包结构的组织形式,整体减弱涡包下方近壁区低速流体质点的流向脉动,从而有效减小壁面摩擦阻力。 展开更多
关键词 减阻 超疏水壁面 trpiv 空间两点相关 线性随机估计
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沟槽超疏水复合壁面湍流边界层减阻机理的TRPIV实验研究 被引量:9
5
作者 刘丽霞 王康俊 +2 位作者 王鑫蔚 田海平 姜楠 《实验流体力学》 CAS CSCD 北大核心 2021年第1期117-125,共9页
利用TRPIV实验分别测量了湍流边界层在亲水壁面、超疏水壁面以及沟槽超疏水复合壁面上的瞬时速度场,对比分析了3种壁面的摩擦阻力,发现沟槽超疏水复合壁面的减阻率能够达到20.7%,而超疏水壁面只有14.6%。通过对比分析湍流边界层在3种壁... 利用TRPIV实验分别测量了湍流边界层在亲水壁面、超疏水壁面以及沟槽超疏水复合壁面上的瞬时速度场,对比分析了3种壁面的摩擦阻力,发现沟槽超疏水复合壁面的减阻率能够达到20.7%,而超疏水壁面只有14.6%。通过对比分析湍流边界层在3种壁面上的湍流脉动强度,发现法向湍流脉动强度在3种壁面上无明显变化,而在y^(+)<150区域的同一法向高度上,流向湍流脉动强度在沟槽超疏水复合壁面上相对于亲水壁面的减小程度比超疏水壁面更高。为了进一步研究不同尺度的湍流脉动在不同壁面的变化情况,本文采用基于傅里叶变换的空间滤波法,将瞬时脉动速度场分解为空间流向波长大于δ的大尺度部分和波长小于δ的小尺度部分,发现超疏水壁面和沟槽超疏水复合壁面对大尺度流向湍流脉动强度的抑制作用可以到达y^(+)=150的法向位置,而对小尺度流向湍流脉动强度的抑制作用只能到达y^(+)=100的法向位置。采用以顺向涡为条件的大尺度脉动速度的条件相位平均方法,发现在y_(ref)=0.1δ处超疏水壁面和沟槽超疏水复合壁面相比于亲水壁面都存在正的大尺度流向脉动与负的法向脉动增强、负的大尺度流向脉动与正的法向脉动减弱以及脉动速度的0等值线偏离条件相位平均参考点的趋势,且沟槽超疏水复合壁面的移动趋势最弱。通过对比3种壁面不同法向高度的顺向涡强度值,同法向高度上亲水壁面、超疏水壁面以及沟槽超疏水复合壁面的涡强度值依次减弱,表明沟槽超疏水复合壁面比超疏水壁面能更有效地抑制近壁区涡结构的运动,从而实现更好的减阻效果。 展开更多
关键词 减阻 沟槽超疏水复合壁面 trpiv 空间滤波 条件相位平均
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流向凹曲率壁面湍流边界层的TRPIV实验研究 被引量:3
6
作者 王轩 范子椰 +2 位作者 陈乐天 唐湛棋 姜楠 《实验流体力学》 CAS CSCD 北大核心 2022年第6期1-9,共9页
带有曲率和压力梯度作用的湍流边界层广泛地存在于各类工程应用中。以带有流向凹曲率的壁面(简称凹壁面)模型为研究对象,利用双相机大小视场的TRPIV系统分别测量了上游和下游两个不同流向位置的瞬时速度场。以光滑平板模型的实验数据为... 带有曲率和压力梯度作用的湍流边界层广泛地存在于各类工程应用中。以带有流向凹曲率的壁面(简称凹壁面)模型为研究对象,利用双相机大小视场的TRPIV系统分别测量了上游和下游两个不同流向位置的瞬时速度场。以光滑平板模型的实验数据为基准,研究了凹壁面上湍流边界层的变化规律。通过对比光滑平板的平均速度剖面和雷诺应力剖面,发现凹壁面情况下的平均速度剖面逐渐偏离了传统对数律,且湍流强度比平板情况下更弱。以Λci准则识别出的顺向涡为条件进行条件相位平均,发现凹壁面中涡上方正脉动的峰值与空间尺度的变化相反,而下方的负脉动比平板情况更强。进一步使用空间两点相关方法提取相干结构,同时利用椭圆拟合的方法计算近壁区相干结构与壁面的倾角,发现凹壁面上相干结构沿流向的空间尺度逐渐增大。结果表明:当湍流边界层受到凹曲率和顺压梯度的共同作用时,近壁附近与尾迹区内湍流强度的差异增大,同时边界层内相干结构的旋涡强度增加;随着向下游的发展,缓冲层附近顺向涡上方正脉动的空间尺度增大,但峰值降低,而在对数律区的上侧则产生了相反的现象;凹壁面湍流边界层内相干结构向更高法向高度迁移的趋势减弱,且相干结构的空间尺度在下游一侧的增长幅度更大。 展开更多
关键词 流向曲率 顺压梯度 湍流边界层 trpiv 相干结构
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湍流边界层大尺度相干运动的阵列TRPIV测量 被引量:3
7
作者 王轩 范子椰 +1 位作者 唐湛棋 姜楠 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2022年第1期49-56,共8页
使用高时间分辨粒子图像测速技术,研究湍流边界层中大尺度相干运动。由于大尺度运动的流向空间尺度与边界层厚度δ有关,因此沿流向排列4个高速相机进行拍摄,得到了约6.7δ×1.2δ的湍流边界层大视场,实验雷诺数Re_(τ)=422。针对流... 使用高时间分辨粒子图像测速技术,研究湍流边界层中大尺度相干运动。由于大尺度运动的流向空间尺度与边界层厚度δ有关,因此沿流向排列4个高速相机进行拍摄,得到了约6.7δ×1.2δ的湍流边界层大视场,实验雷诺数Re_(τ)=422。针对流场中不同法向高度的流向脉动速度,采用沿流向方向进行空间小波变换的方法,得到不同空间尺度分量的脉动速度,并计算其占总流向脉动动能的比例,发现湍流边界层外区存在流向最大能量流向尺度,约为1δ。通过小波分解将湍流脉动速度场分为大尺度分量和小尺度分量。使用速度门限法,沿时间序列提取大尺度相干运动,利用泰勒冻结假设,将时间结构转化为空间结构,并与直接从空间得到的大尺度相干结构做对比。使用相位平均法测得大尺度相干结构的几何形态,发现从时间维度和直接从空间维度得到的喷射事件的流向尺度相近,而直接从空间提取的扫掠事件要比从时间提取的大。结果表明:流场中1δ尺度左右的大尺度运动是湍动能的主要贡献者;利用泰勒冻结假设可以从时间中提取出大尺度相干结构,与从流场空间直接提取的结果有着良好的一致性。 展开更多
关键词 湍流边界层 大尺度运动 小波变换 条件平均 trpiv
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沟槽面湍流边界层减阻的TRPIV测量 被引量:16
8
作者 李山 杨绍琼 姜楠 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2013年第2期183-192,共10页
采用高时间分辨率粒子图像测速技术对沟槽壁面平板湍流边界层速度矢量场的时间序列及其统计量进行了实验测量,讨论了在同一来流速度下沟槽壁面对平均速度剖面﹑雷诺切应力及湍流强度的影响.用流向速度分量的多尺度空间局部平均结构函数... 采用高时间分辨率粒子图像测速技术对沟槽壁面平板湍流边界层速度矢量场的时间序列及其统计量进行了实验测量,讨论了在同一来流速度下沟槽壁面对平均速度剖面﹑雷诺切应力及湍流强度的影响.用流向速度分量的多尺度空间局部平均结构函数辨识壁湍流多尺度相干结构,用条件采样和相位平均技术提取壁湍流多尺度相干结构喷射和扫掠事件的脉动速度、展向涡量的二维空间拓扑形态.结果表明,与同材料光滑壁面对比,沟槽壁面实现了10.73%的摩阻减小量;沟槽壁面湍流边界层湍流强度及雷诺切应力皆比光滑平板湍流边界层对应统计量小,说明沟槽壁面有效降低了湍流边界层内流体的脉动.通过比较壁湍流相干结构猝发事件各脉动速度分量与展向涡量的空间分布特征,肯定了沟槽壁面的减阻效果,发现沟槽壁面通过抑制相干结构猝发事件实现减阻. 展开更多
关键词 湍流边界层 沟槽壁面 减阻 相干结构 多尺度空间局部平均结构函数 高时间分辨率粒子图像测速
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TRPIV measurement of turbulent coherent structures in a drag-reducing flow by polymers
9
作者 Xinlei Guan Nan Jiang +1 位作者 Lu Cheng Hao Zhang 《Theoretical & Applied Mechanics Letters》 CAS 2013年第4期40-43,共4页
Fully developed turbulent flow fields with and without polymer solution at the same Reynolds number were measured by time-resolved particle image velocimetry (TRPIV) in a water channel to investigate the mechanism o... Fully developed turbulent flow fields with and without polymer solution at the same Reynolds number were measured by time-resolved particle image velocimetry (TRPIV) in a water channel to investigate the mechanism of drag-reducing solution from the view of coherent structures manipulation. The streamwise mean velocity and Reynolds stress profiles in the solution were compared with those in water. After adding the polymer solution, the Reynolds stress in the near-wall area decreases significantly. The result relates tightly to the decease of the coherent structures' bursting. The spatial topology of coherent structures during bursts has been extracted by the new mu-level criterion based on locally averaged velocity structure function. The effect of polymers on turbulent coherent structures mainly reflects in the intensity, not in the shape. In the solution, it is by suppressing the coherent structures that the wall friction is reduced. 展开更多
关键词 spatial topology of coherent structures turbulent drag-reducing flow polymer additives trpiv
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湍流边界层对数律区相干结构的Tomo-TRPIV实验研究
10
作者 王鑫蔚 杨绍琼 +1 位作者 姜楠 田海平 《气体物理》 2020年第5期24-34,共11页
应用层析高时间分辨率粒子图像测速技术(tomographic time-resolved particle image velocimetry,Tomo-TRPIV),测量了Reθ=2460的平板湍流边界层三维3分量瞬时速度场的时间序列.提出湍流空间多尺度局部平均速度结构函数的概念,应用流向... 应用层析高时间分辨率粒子图像测速技术(tomographic time-resolved particle image velocimetry,Tomo-TRPIV),测量了Reθ=2460的平板湍流边界层三维3分量瞬时速度场的时间序列.提出湍流空间多尺度局部平均速度结构函数的概念,应用流向脉动速度沿流向的空间多尺度局部平均速度结构函数的正负过零点法,从瞬时脉动速度场中检测相干结构的喷射和扫掠事件,对检测到的喷射和扫掠事件的瞬态局部速度场、速度梯度场、涡量场、速度变形率场进行空间相位对齐叠加平均,获得喷射和扫掠事件的局部速度场、速度梯度场、涡量场、速度变形率场的典型特征.研究发现,相干结构喷射和扫掠时,速度梯度、速度变形率、涡量均表现为空间反对称分布的4极子结构.特别是流向涡量是沿流向、法向、展向均为反对称分布的法向多层4极子结构,表明法向各层相干结构是紧密联系,互相关联的.这种法向多层的4极子反对称结构导致强烈的动量、质量和能量交换,维持了相干结构的演化和发展过程. 展开更多
关键词 湍流边界层 相干结构 层析高时间分辨率粒子图像测速技术 多尺度局部平均速度结构函数 喷射和扫掠事件
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平板湍流边界层湍动能时空多尺度分布特征与典型结构 被引量:1
11
作者 王芊翔 范子椰 +4 位作者 岳巾会 白建侠 程肖岐 田海平 姜楠 《Acta Mechanica Sinica》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第3期61-71,共11页
应用四相机阵列高时间分辨粒子图像测速系统,测量平板湍流边界层7.26δ_(0.99)×1.18δ_(0.99)大视场瞬态速度场的大样本时间序列,实验雷诺数Re_(τ)=1046.在所有法向层沿流向方向进行空间多尺度连续小波变换,根据分尺度小波系数得... 应用四相机阵列高时间分辨粒子图像测速系统,测量平板湍流边界层7.26δ_(0.99)×1.18δ_(0.99)大视场瞬态速度场的大样本时间序列,实验雷诺数Re_(τ)=1046.在所有法向层沿流向方向进行空间多尺度连续小波变换,根据分尺度小波系数得到湍动能随脉动空间尺度和法向位置的分布;同时对每个空间点脉动速度时间序列在时间上进行多尺度连续小波变换,根据分尺度小波系数得到湍动能随脉动时间尺度和法向位置的分布;计算出去除多尺度相干结构前后的平坦因子随脉动空间尺度和法向位置的分布.使用空间小波系数过零点法对流场的湍流结构进行检测,用条件采样和空间相位平均的方法获得各尺度不同法向位置湍流结构的空间典型拓扑,发现湍流小尺度结构涡量的空间拓扑呈现沿流向和法向正负交替的四极子结构,流线表现为鞍点和焦点组成的动力系统,肯定了湍流小尺度结构的普适性;计算去除相干结构前后的标度指数ζ(p),发现多尺度相干结构是引起奇异标度律的原因. 展开更多
关键词 Arrayed trpiv Turbulent boundary layer Coherent structure Wavelet transform Scaling law
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高分子溶液对湍流边界层减阻机理的实验研究 被引量:5
12
作者 王超伟 杨绍琼 姜楠 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第6期2384-2391,共8页
采用TRPIV实验测量了不同雷诺数下聚丙烯酰胺(PAM)溶液的平板湍流边界层的速度场。研究结果表明:在加入少量PAM后,湍流边界层壁面阻力出现降低,并且减阻率随雷诺数的升高而增大;PAM湍流的平均速度剖面的对数律区与清水湍流具有相同的斜... 采用TRPIV实验测量了不同雷诺数下聚丙烯酰胺(PAM)溶液的平板湍流边界层的速度场。研究结果表明:在加入少量PAM后,湍流边界层壁面阻力出现降低,并且减阻率随雷诺数的升高而增大;PAM湍流的平均速度剖面的对数律区与清水湍流具有相同的斜率,但具有更高的法向位置。与清水湍流相比,PAM湍流的脉动速度的强度明显减弱,雷诺切应力显著减小。通过采用改进的基于空间局部平均速度结构函数的象限分裂法以及新型条件采样法计算了湍流猝发事件中各物理量的空间相位平均场。其结果表明作为雷诺切应力主要来源的喷射和扫掠事件,在近壁区受到明显抑制。 展开更多
关键词 湍流边界层 减阻 高分子 trpiv 局部平均速度结构函数
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湍流边界层等动量区演化机理的实验研究 被引量:4
13
作者 王超伟 王康俊 +1 位作者 李彪辉 姜楠 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第3期761-772,共12页
等动量区是瞬时流场中流体动量接近的局部区域,其生成和分布与相干结构密切相关.对等动量区的研究有助于更深入认识湍流边界层相干结构,但目前对其演化过程还缺乏实验支持和机理分析.设计并使用移动式高时间分辨率粒子图像测速技术(TRP... 等动量区是瞬时流场中流体动量接近的局部区域,其生成和分布与相干结构密切相关.对等动量区的研究有助于更深入认识湍流边界层相干结构,但目前对其演化过程还缺乏实验支持和机理分析.设计并使用移动式高时间分辨率粒子图像测速技术(TRPIV)系统对光滑平板湍流边界层进行了跟踪测量,用滤波方式对数据进行降噪,结合对直接数值模拟数据的插值结果,获得脉动速度信号.使用改进方法去掉非湍流的影响,检测边界层内的等动量区,得到其数量的时间序列,结合流向速度概率密度函数分布的变化,分析得出了等动量区的数量在大的时间尺度下从一个稳态到另一个稳态的阶梯状变化特点.分解不同尺度的脉动速度,对大尺度和小尺度脉动信号进行条件平均,发现大尺度脉动对等动量区数量变化起主要作用,表现为不同速度流体通过发生不同猝发事件改变流向速度概率密度函数分布.分析流向大尺度脉动空间分布的变化,发现等动量区内常含有多个大尺度脉动区域,不同区域的扩张、收缩、分裂、合并影响流向速度的集中程度,进而导致等动量区数量的变化. 展开更多
关键词 移动式trpiv 湍流边界层 等动量区 尺度分解 大尺度脉动
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CBY桨搅拌槽内湍流结构的研究 被引量:7
14
作者 刘心洪 郭欣 高正明 《北京化工大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2010年第5期5-9,共5页
在槽径为0.192m的CBY桨搅拌槽内,采用时间解析粒子图像测速仪(tim e-resolved PIV,TRPIV)和常规二维粒子图像测速仪(2DPIV)对搅拌槽中速度场进行了测量。分别用小波分析法和角度解析法将搅拌槽中周期性脉动和湍流脉动分开,发现两种方法... 在槽径为0.192m的CBY桨搅拌槽内,采用时间解析粒子图像测速仪(tim e-resolved PIV,TRPIV)和常规二维粒子图像测速仪(2DPIV)对搅拌槽中速度场进行了测量。分别用小波分析法和角度解析法将搅拌槽中周期性脉动和湍流脉动分开,发现两种方法所得的结果具有较好的一致性,说明了小波分析方法能够提取湍流动能。进一步研究表明,小波分析能将脉动速度分解到各个尺度上,频率越低的尺度所含的能量越大,且各尺度能量有着相似的分布规律。此外,随着雷诺数的增大,无因次化后的周期性脉动动能和真实湍流动能基本不变。 展开更多
关键词 小波分析 搅拌槽 TR PIV 湍流结构 能谱
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Study on local topology model of low/high streak structures in wall-bounded turbulence by tomographic time-resolved particle image velocimetry 被引量:7
15
作者 Haiping TIAN Nan JIANG +1 位作者 Yongxiang HUANG Shaoqiong YANG 《Applied Mathematics and Mechanics(English Edition)》 SCIE EI CSCD 2015年第9期1121-1130,共10页
The relationship between the in the logarithmic law (log-law) region of bursting event and the low/high-speed streak a turbulent boundary layer is investigated. A tomographic time-resolved particle image velocimetry... The relationship between the in the logarithmic law (log-law) region of bursting event and the low/high-speed streak a turbulent boundary layer is investigated. A tomographic time-resolved particle image velocimetry (TRPIV) system is used to measure the instantaneous three-dimensional-three-component (3D-3C) velocity field. The momentum thickness based Reynolds number is about 2 460. The topological information in the log-law region is obtained experimentally. It is found that the existence of the quadrupole topological structure implies a three-pair hairpin-like vortex packet, which is in connection with the low/high-speed streak. An idealized 3D topological model is then proposed to characterize the observed hairpin vortex packet and low/high-speed streak. 展开更多
关键词 wall turbulence quadrupole topological structure hairpin vortex low/highspeed streak tomographic time-resolved particle image velocimetry trpiv system
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The spatial-temporal evolution of coherent structures in log law region of turbulent boundary layer 被引量:4
16
作者 Xiao-Bo Zheng Nan.Jiang 《Acta Mechanica Sinica》 SCIE EI CAS CSCD 2015年第1期16-24,共9页
The spatial-temporal evolution of coherent structures (CS) is significant for turbulence control and drag re- duction. Among the CS, low and high speed streak structures show typical burst phenomena. The analysis wa... The spatial-temporal evolution of coherent structures (CS) is significant for turbulence control and drag re- duction. Among the CS, low and high speed streak structures show typical burst phenomena. The analysis was based on a time series of three-dimensional and three-component (3D-3C) velocity fields of the flat plate turbulent boundary layer (TBL) measured by a Tomographic and Time-resolved PIV (Tomo TRPIV) system. Using multi-resolution wavelet transform and conditional sampling method, we extracted the intrinsic topologies and found that the streak structures appear in bar-like patterns. Furthermore, we seized locations and velocity information of transient CS, and then calculated the propagation velocity of CS based on spatial-temporal cross-correlation scanning. This laid a foundation for further studies on relevant dynamics properties. 展开更多
关键词 Log law region in TBL. Spatial-temporal cross-correlation Tomographic trpiv Coherent structures Low and high speed streaks Multi-resolution wavelet de-composition
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含有周期涡结构的湍流雷诺应力与平均速度梯度之间的迟滞效应
17
作者 张子骁 马兴宇 +3 位作者 白建侠 程肖岐 田海平 姜楠 《力学季刊》 CAS CSCD 北大核心 2023年第3期612-619,共8页
针对存在时空周期涡旋结构的湍流场,对湍流雷诺应力与平均速度梯度之间的空间迟滞效应进行了实验研究,发现二者流向相位差呈周期变化.在低速回流式水槽中,利用二维高时间分辨率粒子图像测速(TimeResolved Particle Image Velocimetry,TR... 针对存在时空周期涡旋结构的湍流场,对湍流雷诺应力与平均速度梯度之间的空间迟滞效应进行了实验研究,发现二者流向相位差呈周期变化.在低速回流式水槽中,利用二维高时间分辨率粒子图像测速(TimeResolved Particle Image Velocimetry,TRPIV)技术,对Re=324的圆柱尾流流场进行测量.经过49个周期166个相位的8215个PIV瞬时流场,经过周期相位平均,得到一个周期内不同相位典型的湍流雷诺应力和平均速度梯度的空间分布.利用湍流雷诺应力相位平均图像和平均速度梯度图像在不同时间相位下的空间互相关函数最大值对应的流向空间距离,得到湍流雷诺应力与平均速度梯度之间沿流向的空间相位差,并绘制流向相位差随周期相位的演变过程.本文验证了湍流复涡黏模型的合理性,为建立符合周期涡旋结构物理机理的湍流模型研究提供了实验依据. 展开更多
关键词 时空周期涡旋结构湍流 时间解析粒子图像测速(trpiv) 周期相位平均 湍流雷诺应力 复涡黏模型
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Antisymmetric quadrupole mode of coherent structures in wall-bounded turbulence 被引量:2
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作者 Haiping Tian Shaoqiong Yang +2 位作者 Lu Cheng Yuan Wang Nan Jiang 《Theoretical & Applied Mechanics Letters》 CAS 2013年第5期58-61,共4页
Abstract Experiments were conducted in a water tunnel by tomographic time-resolved particle image velocimetry (Tomo-TRPIV). The Reynolds number Reo is 2 460 on the base of momentum thickness. According to the physic... Abstract Experiments were conducted in a water tunnel by tomographic time-resolved particle image velocimetry (Tomo-TRPIV). The Reynolds number Reo is 2 460 on the base of momentum thickness. According to the physical mechanism of the stretch and compression of multi-scale vortex structures in the wall-bounded turbulence, the topological characteristics of turbulence statistics in logarithmic layer were illustrated by local-averaged velocity structure function. During coherent structures bursting, results reveal that the topological structures of velocity gradients, velocity strain rates and vorticities behave as antisymmetric quadrupole modes. A three-layer antisymmetric quadrupole vortex packet confirms that there is a tight relationship between the outer layer and the near-wall layer. 展开更多
关键词 wall-bounded turbulence antisymmetric quadrupole mode Tomo-trpiv vortex packet coherent structure
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基于时间分辨粒子图像测速技术的水平轴风力机近尾迹特性的实验研究(英文)
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作者 Jian-wen WANG Ren-yu YUAN +7 位作者 Xue-qing DONG San-xia ZHANG Yang SONG Zhi-ying GAO Kun LUO Kun-zan QIU Ming-jiang NI Ke-fa CEN 《Journal of Zhejiang University-Science A(Applied Physics & Engineering)》 SCIE EI CAS CSCD 2015年第7期586-595,共10页
目的:探索风力机运行在不同尖速比下近尾迹流场的瞬态和时均特性,揭示风力机近尾迹场的涡量、流速、湍流和雷诺应力演化规律,为相关的数值模拟提供实验对比数据支撑。创新点:将时间分辨粒子图像测速技术应用于风力机近尾迹测量可以捕... 目的:探索风力机运行在不同尖速比下近尾迹流场的瞬态和时均特性,揭示风力机近尾迹场的涡量、流速、湍流和雷诺应力演化规律,为相关的数值模拟提供实验对比数据支撑。创新点:将时间分辨粒子图像测速技术应用于风力机近尾迹测量可以捕捉到较高时间分辨率和高精度的流动信息,进而揭示风力机近尾迹详细的流动机理。方法:实验在风洞里面进行,利用时间分辨粒子图像测速技术获得风力机瞬时流场(图1-3),通过调节风力机配套电机的负荷输出可以得到不同的运行尖速比。对测量得到的瞬时速度的后处理可以得到瞬时涡量以及湍动能和雷诺应力的时均值。结论:1.风力机近尾迹区域沿径向可分为速度增益区、速度保持区和速度亏损区,不同尖速比下速度恢复到主流速度的径向位置基本相同;2.在后半个半径长度区域内,径向平均速度沿径向方向有增加的趋势,而在叶尖以上,径向平均速度沿径向减小;3.近尾迹湍动能在径向方向上0.3倍和0.9倍半径高度处会出现峰值,而在0.6倍半径附近位置会出现湍动能最低值;4.在风力机近尾迹,雷诺剪切应力小于雷诺正应力,在叶根附近,轴向雷诺正应力大于径向雷诺正应力以及雷诺剪切应力,而在叶尖处,径向雷诺正应力大于轴向雷诺正应力以及雷诺剪切应力。 展开更多
关键词 时间分辨粒子图像测速 风力机 尖速比 近尾迹 流动特性
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