14615.超疏水壁面減阻及壁湍流相干結(jié)構(gòu)的trpiv實(shí)驗(yàn)研究

1、天津大學(xué)碩士學(xué)位論文超疏水超疏水壁面壁面減阻減阻及壁湍流相干結(jié)構(gòu)的壁湍流相干結(jié)構(gòu)的TRPIV實(shí)驗(yàn)研究實(shí)驗(yàn)研究TimeresolvedParticleImageVelocimetryInvestigationofDragreductionfSuperhyhobicSurfacesCoherentStructuresinWallboundedTurbulentFlows一級(jí)學(xué)科：力學(xué)學(xué)科專業(yè)：流體力學(xué)作者姓名：王二丹指導(dǎo)教師：姜楠教授天津大

2、學(xué)機(jī)械工程學(xué)院二零一五年十二月I中文中文摘要摘要利用高時(shí)間分辨率粒子圖像測(cè)速技術(shù)（TRPIV），開(kāi)展了超疏水壁面減阻及壁湍流相干結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)研究。在循環(huán)水槽中，采用大小視場(chǎng)相結(jié)合的方式，對(duì)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(shí)速度矢量場(chǎng)的時(shí)間序列進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)量。比較了雷諾數(shù)Re??90001200016000下親水壁面與超疏水壁面無(wú)量綱平均速度剖面，并計(jì)算了三個(gè)雷諾數(shù)下超疏水壁面的減阻率分別為11.6%，10.1%，9.0%。結(jié)

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(duì)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(yīng)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(yīng)力，雷諾切應(yīng)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(yīng)力增大。結(jié)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(jié)構(gòu)函數(shù)的概念，利用改進(jìn)的象限分裂法檢測(cè)Re??12000時(shí)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(dòng)速度，展向渦量，雷諾切應(yīng)力及速度變形率的空間拓?fù)湫螒B(tài)。噴射事件中各統(tǒng)計(jì)量大小均大于掃掠事件中相應(yīng)參數(shù)。相比親水壁面，超疏水壁面的流向脈動(dòng)速度，展向渦量，雷諾切應(yīng)力及速度變形率均減小。結(jié)果表明超疏水壁面的猝發(fā)強(qiáng)度小于親水壁面，且在猝發(fā)過(guò)程中，噴射遠(yuǎn)比掃掠強(qiáng)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(cè)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