题目：非定常扰动对于平板湍流边界层影响的实验研究

 

本实验使用热线风速仪测量了较高激励频率、较强激励幅度的周期性吹气作用前后的处于平衡态的充分发展的零压力梯度的平板湍流边界层的速度信号，并对比分析了周期性吹气作用前后的速度信号，探讨了该周期性吹气对于平板湍流边界层的影响。

本文先通过一维测量结果探讨了周期性吹气对于湍流边界层内区的影响。结果表明与定常吹气或较低频率的周期性吹气一样，较高激励频率、较大激励幅度的周期性吹气也能起到减阻效果。但较高激励频率、较大激励幅度的周期性吹气会诱导出小尺度的展向涡，这会造成其与定常吹气或较低频率的周期性吹气的许多差异，具体表现在流动结构的积分时间尺度先减小，后增加；靠近狭缝的下游流场的含能尺度减小；最重要的影响是被诱导出的小尺度展向涡会对如概率密度函数、时段平均和条件平均等分析方法产生破坏性影响，导致这些方法在靠近狭缝的区域完全失效，将小尺度展向涡的运动误认为是流场中的猝发事件而得出与时均速度相矛盾的结论。然而小波能量峰值方法却不受小尺度展向涡的影响，得出猝发事件的能量在加控后减小的结论，这个结论是客观正确的。其次探讨了周期性吹气对于湍流边界层近壁区的影响机理。研究结果表明，较高激励频率、较大激励幅度的周期性吹气能够通过增厚粘性底层，抬升近壁区的拟序结构；诱导小尺度展向涡而在靠近壁面的区域形成逆流；减弱近壁区拟序结构的再生循环而减弱猝发事件，从而减小清扫带来的近壁区内流向速度沿法向的梯度来实现壁面摩阻减小。最后探讨了周期性吹气对于湍流边界层对数区的影响。结果表明加控后的Kullback-Leibler散度在整个对数区以内都减小，因此加控后对数区以内的区域的流向速度的概率密度函数的分布都变的更加趋向于Gauss分布。Gram-Charlier展开印证了这一点，表明了用Gauss分布来逼近流向速度的的概率密度函数的分布在某一范围内的合理性。Kullback-Leibler散度与Gram-Charlier展开的结果也在一定程度上体现了对数区内的流向速度的概率密度函数具有归一性。结合时均速度得到的结论可知，流向速度的概率密度函数向Gauss分布变化是有利于减小壁面摩阻的。

    本文随后通过对二维测量针对边界层外区进行了分析讨论。研究结果表明加控后边界层外区的联合概率密度函数并未发生明显改变，但时均速度在边界层外区的部分区域减小，脉动速度增加，在一定程度上体现了吹起引起的边界层抬升效果。此外还通过联合概率密度函数和脉动速度说明了湍流边界层的间歇性。