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基于Fourier和Hilbert-Huang变换的壁湍流能量传递的实验研究

靳秀青  夏振炎  
【摘要】:在直流抽吸式低(变)湍流度风洞的实验段中水平放置一块前缘为楔形的平板,平板来流上游处粘贴砂纸以加速转捩,距平板下游2.4m处的测量位置放置热线探针,利用IFA300恒温热线风速仪和自动控制坐标系统,对边界层不同法向位置进行实验测量。用傅立叶变换、小波变换及希尔伯特-黄变换等多种方法分别对测量得到的湍流脉动速度进行分析,比较上述三种变换下不同壁面距离湍流能量的传递规律。由于湍流是包含各种尺度湍涡的瞬态运动,湍涡之间存在着复杂的相互作用,本文从能量传输角度对壁湍流不同壁面距离的湍涡运动变化过程进行定量分析,并结合壁湍流湍涡的配对、合并理论对壁湍流能量的传递规律进行探讨。对脉动速度的傅立叶能谱和希尔伯特边际谱进行比较,实验证实对于傅立叶能谱可观测到斜率为-5/3的惯性子区,而对于希尔伯特边际谱除含有频率和能量信息外,还包含时间信息,不仅预测到了壁湍流的惯性子区,而且由于希尔伯特-黄变换存在波内频率调制作用,使其边际谱能量更加集中在低频部分,能够更准确地从壁湍流中提取出大尺度含能结构。

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