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题名壁湍流相干结构的时空多尺度条件平均模态
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作者
李秋营
范子椰
白建侠
程肖岐
姜楠
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机构
天津仁爱学院数学教学部
天津大学机械工程学院力学系
天津市现代工程力学重点实验室
车用动力系统全国重点实验室
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出处
《力学学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024年第12期3409-3417,共9页
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基金
国家自然科学基金(12332017,12202310和12202309)
中国博士后基金(2022M712357)
天津市教委科研计划(2022KJ049)资助项目。
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文摘
对湍流边界层中“喷射”和“扫掠”事件的时间历程和空间物理形态进行描绘并研究其统计特性,是深入认识湍流的重要途经.利用平板湍流边界层四相机阵列大视场高时间分辨率TRPIV(time-resolved particle image velocimetry)实验数据库,获取流-法向平面u-v瞬时速度场的时间序列样本,依据子波分析能量最大准则及条件相位平均统计分析方法,对平板湍流边界层瞬时速度场进行时-空多尺度分析,开展壁湍流相干结构的时空多尺度条件平均模态研究.结果发现:对瞬时速度场中不同法向位置的流向脉动速度信号进行空间多尺度分解得到能量最大流向空间尺度为第9尺度,该尺度湍动能达到峰值,湍流猝发最活跃.提取不同法向位置对应的流向脉动速度时间序列,进行时间多尺度子波分解,发现流向湍动能最大时间尺度随着法向位置远离壁面,逐渐从小尺度第6尺度向大尺度第8尺度转移.获得第6时间尺度喷射和扫掠事件的流向脉动速度、法向脉动速度和瞬时雷诺应力的条件相位平均波形,结果呈现很好拟序性.此外,对4个不同法向位置的第6空间尺度喷射事件和扫掠事件锁定流线和涡量场的空间相位平均模态,发现对数律区的检测点处流线出现明显鞍点-焦点动力系统结构,且在鞍点-焦点动力系统四角的涡量场呈现明显四极子结构,在缓冲层区域,四极子的下层涡对消失,四极子上层涡对诱导流体产生喷射和扫掠事件.该项研究为湍流边界层多尺度涡结构的动力系统模型提供了实验依据.
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关键词
壁湍流
PIV(particle
imagevelocimetry)
子波分析
相干结构
时空条件平均模态
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Keywords
wall-bounded turbulence
PIV(particle imagevelocimetry)
wavelet analysis
coherent structure
spatiotemporal conditional-average mode
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分类号
O357.5
[理学—流体力学]
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