14615.超疏水壁面減阻及壁湍流相干結構的trpiv實驗研究

1、天津大學碩士學位論文超疏水超疏水壁面壁面減阻減阻及壁湍流相干結構的壁湍流相干結構的TRPIV實驗研究實驗研究TimeresolvedParticleImageVelocimetryInvestigationofDragreductionfSuperhyhobicSurfacesCoherentStructuresinWallboundedTurbulentFlows一級學科：力學學科專業(yè)：流體力學作者姓名：王二丹指導教師：姜楠教授天津大

2、學機械工程學院二零一五年十二月I中文中文摘要摘要利用高時間分辨率粒子圖像測速技術（TRPIV），開展了超疏水壁面減阻及壁湍流相干結構的實驗研究。在循環(huán)水槽中，采用大小視場相結合的方式，對不同雷諾數(shù)下親水壁面與超疏水壁面湍流邊界層的瞬時速度矢量場的時間序列進行了實驗測量。比較了雷諾數(shù)Re??90001200016000下親水壁面與超疏水壁面無量綱平均速度剖面，并計算了三個雷諾數(shù)下超疏水壁面的減阻率分別為11.6%，10.1%，9.0%。結

3、果表明隨著雷諾數(shù)的增加，超疏水壁面的減阻率降低。對比分析Re??12000下親水壁面和超疏水壁面湍流邊界層的湍流度及雷諾應力沿法向的分布規(guī)律。相比親水壁面，超疏水壁面的流向雷諾正應力，雷諾切應力，流向湍流度及綜合湍流度均減小，而在30~100y??之間，其法向湍流度和法向雷諾正應力增大。結果表明超疏水表面流向滑移有利于減阻，而展向滑移不利于減阻。基于空間局部平均結構函數(shù)的概念，利用改進的象限分裂法檢測Re??12000時近壁區(qū)不同法向位

4、置的猝發(fā)事件，并利用條件采樣及相位平均提取噴射與掃掠事件中流法向脈動速度，展向渦量，雷諾切應力及速度變形率的空間拓撲形態(tài)。噴射事件中各統(tǒng)計量大小均大于掃掠事件中相應參數(shù)。相比親水壁面，超疏水壁面的流向脈動速度，展向渦量，雷諾切應力及速度變形率均減小。結果表明超疏水壁面的猝發(fā)強度小于親水壁面，且在猝發(fā)過程中，噴射遠比掃掠強烈。提出了空間多尺度局部平均渦量的新概念，并以此為特征量檢測壁湍流發(fā)卡渦展向渦頭的中心位置，提取不同法向位置發(fā)卡渦展向