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2020年  第5卷  第5期

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气体物理 第5卷 第5期 封面+目录
2020, 5(5): .
72 5
摘要:
实验流体力学专题
实验流体力学专题序言
2020, 5(5): 00-0.
55 1
摘要:
温敏涂料TSP热流密度测量方法及应用
刘旭, 彭迪, 刘应征
2020, 5(5): 1-12. doi: 10.19527/j.cnki.2096-1642.0872
83 6
摘要:
温度敏感涂料（temperature-sensitive paint，TSP）可以实现高空间分辨率的温度测量.基于时间解析温度数据计算热流密度是典型的导热反问题.基于一维双层导热模型，通过解析或数值求解的方法计算热流密度，是上述问题的通用解法.在工程应用中，可根据试验工况简化一维双层导热模型，采用更简便的方法进行热流计算.TSP测量热流的精度受涂料厚度、TSP测温真实位置和材料热物性变化等因素影响，相应地可以在涂料设计、物理建模以及计算方法等方面进行完善，提高TSP热流测量的精度.TSP热流测量在暂冲式和激波式两类高超声速风洞中均已得到成功应用，文章结合两个应用实例对工程应用中的挑战与对策进行了讨论.
平板湍流边界层瞬时摩擦阻力的光学测量和统计分析
申俊琦, 王建杰, 潘翀
2020, 5(5): 13-23. doi: 10.19527/j.cnki.2096-1642.0873
81 7
摘要:
采用近壁粒子图像测速（particle image velocimetry，PIV）技术实现了中低Reynolds数光滑平板湍流边界层瞬时摩擦阻力的测量.发展了单行互相关算法和迭代拟合技术估算瞬时摩擦阻力，其法向空间分辨率可达到2~4 pixel.作为对比，同时分析了相似Reynolds数范围的直接数值模拟数据.统计结果表明：摩擦阻力的脉动强度随Reynolds数升高呈现对数增长趋势，证实了外区大/超大尺度结构对壁面的影响.谱分析结果表明近壁区的低速条带结构主导着摩擦阻力的多尺度脉动特性，外区大/超大尺度结构对摩擦阻力的印迹作用较小，其主要通过调制作用实现对摩擦阻力的影响，这一结论可以从瞬时摩擦阻力的偏度以及概率密度函数曲线具有Reynolds数不变性得到进一步证实.
湍流边界层对数律区相干结构的Tomo-TRPIV实验研究
王鑫蔚, 杨绍琼, 姜楠, 田海平
2020, 5(5): 24-34. doi: 10.19527/j.cnki.2096-1642.0854
76 4
摘要:
应用层析高时间分辨率粒子图像测速技术（tomographic time-resolved particle image velocimetry，Tomo-TRPIV），测量了Reθ=2 460的平板湍流边界层三维3分量瞬时速度场的时间序列.提出湍流空间多尺度局部平均速度结构函数的概念，应用流向脉动速度沿流向的空间多尺度局部平均速度结构函数的正负过零点法，从瞬时脉动速度场中检测相干结构的喷射和扫掠事件，对检测到的喷射和扫掠事件的瞬态局部速度场、速度梯度场、涡量场、速度变形率场进行空间相位对齐叠加平均，获得喷射和扫掠事件的局部速度场、速度梯度场、涡量场、速度变形率场的典型特征.研究发现，相干结构喷射和扫掠时，速度梯度、速度变形率、涡量均表现为空间反对称分布的4极子结构.特别是流向涡量是沿流向、法向、展向均为反对称分布的法向多层4极子结构，表明法向各层相干结构是紧密联系，互相关联的.这种法向多层的4极子反对称结构导致强烈的动量、质量和能量交换，维持了相干结构的演化和发展过程.
低速二维后向台阶流动中的壁面压强脉动
李锴萌, 李卓越, 高南
2020, 5(5): 35-44. doi: 10.19527/j.cnki.2096-1642.0803
67 2
摘要:
为了能排除三维结构对涡脱和剪切层旋涡的影响，使用实验方法研究了一个小展高比（AR=0.125）的后向台阶流动.该实验台类似纯二维的Hele-Shaw Cell.流动被局限在两个平行且距离为5 mm的有机玻璃板之间.台阶高度H为40 mm，扩张比2：3.在台阶下游中央沿流动方向安装16个麦克风组成的传感器阵列采集壁面脉动压强.来流速度U0在9~26 m/s之间连续可调.通过计算脉动压强分布、频谱，不同位置的相关性和相干性系数，发现并分析流动存在一个临界Reynolds数.流场在临界Reynolds数前后存在明显不同的流动特征.实验结果表明在低Reynolds数下依然存在剪切层的低频摆动；当Reynolds数大于临界Reynolds数时，分离后流动由涡结构传播的特性主导.
双三角翼非定常俯仰运动实验与数值模拟
赵悦, 胡天翔, 陈庆民, 刘沛清
2020, 5(5): 45-55. doi: 10.19527/j.cnki.2096-1642.0796
64 3
摘要:
文章针对双三角翼大振幅正弦俯仰运动过程中的非定常载荷和流动特性开展了实验与数值模拟研究，并与相同主翼后掠角的单三角翼进行了对比.实验研究在低速回流式水槽中开展，所采用的实验模型为边条后掠角为75°，主翼后掠角为50°的双三角翼全模，俯仰运动的旋转轴位于主翼弦长的2/3处，振幅为0~60°，运动的缩减频率k=0.03，0.06，0.12，0.24，0.48.实验Reynolds数以主翼弦长为参考Re=1.69×104.在水槽的测力实验中，发现非定常流动力的迟滞现象，并且随着非定常运动缩减频率的增大，流动的迟滞效应也随之增大.与相同主翼后掠角的单三角翼相比，双三角翼的迟滞环在低缩减频率下更小，但随着缩减频率的增大，这种差距逐渐减小.在数值模拟研究中，采用DDES湍流模型对俯仰双三角翼的流场进行了数值模拟.流场结果表明，在较低的缩减频率下，主翼吸力面的前缘涡是影响气动力的主要因素，非定常流动力的迟滞效应主要与前缘涡在上仰过程中的延迟破裂和下俯过程中的延迟恢复有关；在较高的缩减频率下，机翼前缘涡对气动力的影响减小，由机翼俯仰角速度而产生的环量力成为了气动力的主导因素，因此在较高缩减频率下，单三角翼与双三角翼的升力特性趋于一致.
柔性旋涡发生器对翼型前缘分离的自适应控制
李彪辉, 范子椰, 刘丽霞, 马兴宇, 姜楠
2020, 5(5): 56-62. doi: 10.19527/j.cnki.2096-1642.0798
78 3
摘要:
采用边长为10 mm的三角形柔性和刚性旋涡发生器，安装在二维NACA0018翼型上翼面前缘不同弦长处，用于控制翼型前缘分离流动.实验在低速直流式风洞中进行，以翼型弦长为特征长度的Reynolds数Re=1.1×105，采用单丝热线风速仪测量尾流速度剖面.分别研究柔性和刚性两种材料的三角形旋涡发生器对翼型前缘分离的控制效果.实验结果表明，与刚性旋涡发生器相比，柔性旋涡发生器利用来流能量实现自适应控制，使剪切层下移，从而明显抑制前缘分离.

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