大氣邊界層特性的風(fēng)洞模擬研究.pdf

1、本文主要是以風(fēng)洞實驗為主對大氣邊界層中的平均速度和湍流量分布進行研究,在此基礎(chǔ)上,深入探討了粗糙元排列方式和自由流速度對大氣邊界層特性的影響,所得結(jié)論對于了解大氣邊界層中的空氣動力學(xué)參數(shù)具有一定的參考價值。 首先,通過對直接測量誤差的概率分析,提出了一種劃分大氣邊界層的新方法,將整個大氣邊界層分為外層和內(nèi)層,內(nèi)層進一步分為應(yīng)力下降亞層、慣性亞層、過渡亞層和嵌入亞層,該方法避免了傳統(tǒng)分層方法在疊加區(qū)的模糊性。 其次,在

2、風(fēng)洞中成功模擬大氣邊界層的基礎(chǔ)上,提出了一種擬合技術(shù),即在常數(shù)應(yīng)力區(qū)內(nèi)按照均方根誤差或最大偏差為最小值的原則來確定最佳擬合區(qū)域,這樣可以最大限度地減少擬合過程導(dǎo)致的粗糙度的不確定性,從而可以得到一些帶有規(guī)律性的趨勢,例如,零平面位移隨自由流速度的增加而增加,粗糙元排列密度越大,零平面位移的上升斜率越高,同時,粗糙度隨自由流速度的增加而下降。本文還發(fā)現(xiàn),從擬合風(fēng)廓線獲得的摩擦速度代表總體摩擦速度,包含雷諾應(yīng)力、尾流擴散、粗糙元之間相互作用

3、和反彈力等許多因素的貢獻,顯著區(qū)別于直接從測量雷諾應(yīng)力廓線而得到的剪切摩擦速度。 此外,本文根據(jù)實驗數(shù)據(jù)建立了一個新的計算零平面位移的數(shù)學(xué)模型,揭示了自由流速度對零平面位移的巨大影響,也反映了零平面位移對計劃面密度的依賴關(guān)系。并且,通過引進新參數(shù)尾跡因子,補償尾流擴散和粗糙元之間相互作用對邊界層流場的影響,本文推導(dǎo)出了一個預(yù)測粗糙度的模型。 最后,本文進行了數(shù)值計算,由數(shù)值計算的結(jié)果與風(fēng)洞實驗數(shù)據(jù)之間的比較顯示,垂向