固體顆粒對(duì)溝槽湍流邊界層影響的實(shí)驗(yàn)研究1)

嚴(yán) 冬 孫 姣,** 高天達(dá) 陳 丕 成雨霆 陳文義,2)

* (河北工業(yè)大學(xué)過程裝備與控制工程系,天津 300130)

? (河北工業(yè)大學(xué)化工學(xué)院,化工節(jié)能過程集成與資源利用國家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室,天津 300130)

** (天津大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院力學(xué)系,天津 300350)

引言

減阻溝槽作為一種被動(dòng)的減阻方式因其不消耗能源的特點(diǎn)擁有廣泛的應(yīng)用前景.減阻溝槽起源于對(duì)于海豚表皮的仿生學(xué)研究[1],海豚和鯊魚表皮存在著微小的,沿著水流方向排列的溝槽結(jié)構(gòu).這些結(jié)構(gòu)與鯊魚體表的清潔程度和快速游泳能力有較大的關(guān)系[2].順流溝槽的研究始于20 世紀(jì)80年代美國蘭利研究所[3-5],之后科研人員對(duì)于不同邊界層中的減阻效果和機(jī)理進(jìn)行了大量研究,Walsh 等[5-6]和Bechert等[7-8]對(duì)于不同截面形狀的平行溝槽分別進(jìn)行了大量模擬和實(shí)驗(yàn),分別得到了不同截面形狀下溝槽的減阻曲線.對(duì)于無量綱間距相同的不同形態(tài)的溝槽而言,其單條溝槽截面積越小,即越“薄”的溝槽減阻效果越好[9],但更加不耐用且更易失效.直線鋸齒形溝槽易于加工,成本較低并且更加耐用,更加符合生產(chǎn)生活中使用的減阻溝槽形態(tài).

大量實(shí)驗(yàn)和模擬數(shù)據(jù)表明,對(duì)于某一形態(tài)的溝槽,其存在一個(gè)有效的減阻范圍[8],這個(gè)范圍與溝槽的無量綱高度h+和無量綱間距s+有關(guān),García-Mayoral 和Jiménez[10]使用溝槽截面積的平方根lg+作為新的特征長度,以更精確地刻畫減阻曲線.目前關(guān)于順流向溝槽的減阻機(jī)理有兩個(gè)理論:一是溝槽的表面可以視作一個(gè)“虛擬平面”,溝槽相對(duì)于這個(gè)“虛擬平面”的表面仍存在一定的突出高度,這突出結(jié)構(gòu)抑制了溝槽附近的展向脈動(dòng)[11-13];二是溝槽壁面邊界層的流向渦結(jié)構(gòu)相對(duì)于光滑壁面有所抬升[14-17],這減小了流向渦同壁間的接觸面積和相互作用.

對(duì)湍流邊界層中的溝槽壁面的研究在之前已有一定的進(jìn)展,近年來也有較多的風(fēng)洞、水洞和水槽中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和數(shù)值模擬結(jié)論.這些文章得到了較為統(tǒng)一的邊界層中的統(tǒng)計(jì)量分布——即減阻溝槽壁面與光滑平壁面相比,其黏性底層及緩沖層增厚,對(duì)數(shù)律區(qū)外移[18-20],并且相應(yīng)的雷諾應(yīng)力和湍流度的強(qiáng)度有所下降,極值點(diǎn)也有所外移.

液固兩相流在日常生產(chǎn)生活中極為常見,如污水處理、含泥沙的自然水體和顆粒相水力輸運(yùn)等.在對(duì)平壁面液固兩相流的研究中,研究人員發(fā)現(xiàn)固體顆粒會(huì)影響流場(chǎng)的湍動(dòng)能.Gore 等[21]在關(guān)于自由射流和管內(nèi)流的研究中提出了一個(gè)參數(shù)O=dp/l,其中dp為固體粒徑,l為湍流積分長度尺度,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明在多種流動(dòng)狀況下,當(dāng)dp/l>0.1 時(shí),顆粒的加入會(huì)增強(qiáng)湍動(dòng)能,反之則會(huì)降低湍動(dòng)能.Noguchi等[22]研究了開口槽流道中的固液兩相流.他們的結(jié)果驗(yàn)證了含不同直徑顆粒的流場(chǎng)同清水流相比湍流程度得到了減弱或者增強(qiáng),該實(shí)驗(yàn)說明了臨界粒徑與Kolmogorov 微觀尺度相關(guān).后續(xù)的其他實(shí)驗(yàn)中也同樣提出存在一個(gè)分界尺度,小于該尺度粒徑的顆粒會(huì)減弱近壁區(qū)的湍流強(qiáng)度[23],而大于該尺度的顆粒會(huì)增強(qiáng)近壁區(qū)的湍流強(qiáng)度[24-25].Shokri 等[26]研究了大雷諾數(shù)下顆粒直徑對(duì)于液體流動(dòng)中湍流強(qiáng)度的影響.實(shí)驗(yàn)中使用了不同直徑的玻璃珠,觀察到較小的顆粒會(huì)造成較強(qiáng)的近壁湍流,并且高雷諾數(shù)下的較輕顆粒具有更加均勻的分布.其他研究者的實(shí)驗(yàn)同樣表明顆粒的加入會(huì)對(duì)相干結(jié)構(gòu)產(chǎn)生抑制[27-28]或促進(jìn)作用[29],這些影響與固體顆粒的具體形態(tài)有關(guān).

減阻溝槽所適合的工作條件,譬如管內(nèi)的流體輸運(yùn),飛機(jī)和船舶的表面減阻等都不可避免地涉及到兩相流.在這些條件下工作的溝槽其顆粒相尺度大多小于Kolmogorov 尺度.根據(jù)已有研究發(fā)現(xiàn),目前的溝槽研究實(shí)驗(yàn)中的流動(dòng)相大多數(shù)集中于清水相和空氣相,而對(duì)于含顆粒的液體或含塵氣體的研究較少.對(duì)于減阻溝槽應(yīng)用于被污染的介質(zhì)或在輸運(yùn)固體顆粒的情況下能否保持減阻尚未得到驗(yàn)證.

本文使用粒子圖像測(cè)速技術(shù)(particles image velocimetry,PIV)對(duì)清水和粒子加入后的不同壁面湍流邊界層進(jìn)行研究,通過對(duì)平均速度剖面線,雷諾應(yīng)力和湍流度等統(tǒng)計(jì)量進(jìn)行對(duì)比,再進(jìn)一步使用空間平均局部結(jié)構(gòu)函數(shù),探討粒子對(duì)不同壁面湍流邊界層中擬序結(jié)構(gòu)的影響.

1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及參數(shù)

實(shí)驗(yàn)在河北工業(yè)大學(xué)粒子圖像測(cè)速流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)室中型低速循環(huán)水槽中進(jìn)行,其背景湍流度小于0.9%.實(shí)驗(yàn)裝置如圖1 所示,水槽實(shí)驗(yàn)段長約2600 mm,寬500 mm,高600 mm.光滑大平板為有機(jī)玻璃材質(zhì),長2200 mm,寬500 mm,厚15 mm,前緣進(jìn)行8∶1 橢圓修形.平板豎直放置在水槽中,令待測(cè)面與水槽側(cè)壁面距離為260 mm.為獲得充分發(fā)展的湍流邊界層,在距離平板前緣100 mm 處粘貼一條直徑為5 mm 的絆線.在距平板前緣1600 mm 處有一300 mm × 300 mm 的凹槽,內(nèi)可嵌平板和溝槽板以進(jìn)行不同壁面形態(tài)的研究,溝槽板如圖2 所示.實(shí)驗(yàn)中通過調(diào)節(jié)動(dòng)力段軸流泵轉(zhuǎn)速將來流速度U∞調(diào)為0.205 m/s 和0.280 m/s,實(shí)驗(yàn)環(huán)境溫度為20 °C,此時(shí)水的密度ρw= 998 kg/m3,運(yùn)動(dòng)黏性系數(shù)μ=1.0067 mm2/s,此時(shí)兩種工況下的清水相平板的摩擦雷諾數(shù)Reτ分別為436.9 和489.9.實(shí)驗(yàn)選用15 μm的聚苯乙烯顆粒作為液相的示蹤顆粒,顆粒相選用直徑dp= 155 μm 的聚苯乙烯顆粒,顆粒密度ρp=1050 kg/m3,其直徑均小于Kolmogorov 尺度.液固質(zhì)量比為500∶1 的液固兩相混合液通過泵以2 L/min的流量從距液面深300 mm,距凹槽前緣2.8 m 處注入.溝槽尺寸如圖所示.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)通過德國Lavision公司的PIV 系統(tǒng)進(jìn)行采集.激光器型號(hào)為LPY700,其雙脈沖激光最高頻率為100 Hz,最大能量為100 mJ,相機(jī)為4MX 相機(jī)(像素為2048 × 2048),最大采樣頻率為180 Hz.本實(shí)驗(yàn)中激光器能量為90 mJ,圖像采集模式為雙幀雙曝,采集頻率為90 Hz,曝光時(shí)間為1000 μs.對(duì)于每個(gè)不同工況下的流法向平面進(jìn)行采集,樣本為8000 張,圖像實(shí)際視野約為120 mm ×120 mm.通過系統(tǒng)自帶的Davis 軟件對(duì)采集的圖像進(jìn)行互相關(guān)處理,查詢窗口大小為32 × 32 像素,重疊率為75%.得到256 × 256 個(gè)速度矢量.注意到第一個(gè)有效查詢窗口需從壁面開始測(cè)量,本PIV 系統(tǒng)不足以精確得到近壁區(qū)域,特別是y+<5 (U∞=0.205 m/s)和y+<8 (U∞= 0.280 m/s)的位置中的速度場(chǎng).

圖1 實(shí)驗(yàn)裝置示意圖Fig.1 Schematic diagram of the experimental facility

圖2 溝槽板示意圖(單位:mm)Fig.2 Schemetic diagram of riblet plate (unit:mm)

實(shí)驗(yàn)分為四組:第一、二組為僅含示蹤粒子的清水組,其中第一組流體流過光滑壁面,第二組流體流過溝槽壁面;第三、四組為清水中加入155 μm 聚苯乙烯顆粒的兩相組,第三組流體流過光滑壁面,第四組流體流過溝槽壁面.對(duì)兩相流場(chǎng)的處理參考液固雙流體模型,即在數(shù)學(xué)處理上采用連續(xù)介質(zhì)假設(shè),按照連續(xù)相處理;而在動(dòng)力學(xué)分析上則考慮顆粒相和流體相之間的耦合作用.

2 湍流邊界層中的統(tǒng)計(jì)量分析

2.1 減阻率及平均速度剖面

本實(shí)驗(yàn)無法直接對(duì)壁面阻力進(jìn)行測(cè)量,故采用Clauser 圖法對(duì)摩擦速度u*進(jìn)行擬合[30].該方法基于平板湍流邊界層的對(duì)數(shù)律區(qū)無量綱速度和法向高度滿足對(duì)數(shù)關(guān)系,通過迭代法得到數(shù)值解.對(duì)于光滑壁面,其速度在對(duì)數(shù)律區(qū)滿足

其中κ為卡門常數(shù),本文取κ= 0.41.

對(duì)于溝槽表面,其理論零點(diǎn)要低于溝槽槽脊平面,該方法中y+應(yīng)替換為測(cè)量點(diǎn)坐標(biāo)y與突出高度hp的和,同時(shí)存在速度偏移項(xiàng)ΔU,即

對(duì)于式(1)和式(2)兩側(cè)同時(shí)對(duì)y取微分后,均有

通過對(duì)式(3)的迭代計(jì)算可以得到摩擦速度u*.定義顆粒雷諾數(shù)Rep=dpup/v,其中up=gdp(ρ-ρf)/(18μ),為顆粒沉降系數(shù);顆粒Stokes 數(shù)St=τp/τf,其中τp=ρpdp2/(18μ),為流體對(duì)顆粒的響應(yīng)時(shí)間,τf=v/u*2為流體特征時(shí)間;g為重力加速度,ρp為顆粒密度,dp為顆粒直徑,ρf為流體密度.μ為流體動(dòng)力黏度,u*為摩擦速度,經(jīng)計(jì)算得到顆粒雷諾數(shù)為0.100,在兩種自由來流速度下的顆粒斯托克斯數(shù)分別為0.123 和0.160.無因次壁面尺度定義為WU=ν/(τ/ρ)0.5其中,τ為壁面摩擦應(yīng)力,在兩種速度下的溝槽無因次間距s+分別為10.4 和14.1,無因次高度h+分別為9.0 和12.2,h/s為0.87.由文獻(xiàn)[8]中圖表推算,0.205 m/s 時(shí)溝槽處于較優(yōu)的工作狀態(tài),0.280 m/s的速度下溝槽已越過最優(yōu)減阻區(qū)間,并且接近失效.

減阻率DR定義為

其中τs為光滑壁面的摩擦應(yīng)力,τr為溝槽壁面的摩擦應(yīng)力,有

同樣地,不同工況對(duì)于單相平板的減阻率定義為DR*,其定義為

其中τw為工作狀況的摩擦應(yīng)力,τ0面為單相平壁面的摩擦應(yīng)力.Bechert 等[8]提出溝槽壁面存在一虛擬原點(diǎn),該原點(diǎn)與溝槽尖端的距離稱作突出高度,這決定了溝槽尖端深入邊界層的厚度.Bechert 在文章中提出了突出高度的計(jì)算方式[8],對(duì)于鋸齒形溝槽,有

其中,γ= 0.577 2 為歐拉常數(shù),ψ為Digamma 函數(shù).本溝槽頂角為60°,計(jì)算結(jié)果為hp= 0.170 7s,s為溝槽槽脊間距.在兩個(gè)速度下分別為1.714 和2.390 個(gè)無因次壁面尺度.

從表1 中可以看出,在0.205 m/s 的速度下,兩種工況的溝槽壁面均有減阻效果,并且加入顆粒后,減阻效果有所提升.在0.280 m/s 的速度下,清水相的溝槽壁面出現(xiàn)阻力上升的狀況,而兩相工況中的溝槽壁面阻力仍然下降.

表1 不同工況下的減阻效果對(duì)比Table 1 Drag reduction under different working condition

圖3 為兩種速度下不同工況的流向平均速度剖面.可以看到在清水相工況下,溝槽壁面的緩沖層厚度略有減小.而對(duì)于兩相工況而言,溝槽壁面的緩沖層均有所增厚,對(duì)數(shù)律區(qū)外移,邊界層厚度有所增加.分析可知兩相流中顆粒的慣性使近壁面流體的運(yùn)動(dòng)更傾向于維持之前的行為,從而抑制了展向的脈動(dòng).對(duì)比兩種工況下的光滑?溝槽壁面的流動(dòng),可以看出溝槽壁面更有利于非潔凈流體的輸運(yùn).并且顆粒的加入對(duì)于溝槽壁面的減阻能力有一定程度的提升.

圖3 不同來流速度下流向平均速度剖面Fig.3 Streamwise mean velocity profiles at different velocity

2.2 湍流度及雷諾切應(yīng)力

湍流度是衡量流場(chǎng)中湍流強(qiáng)弱的標(biāo)準(zhǔn).圖4 中給出了U∞= 0.205 m/s 和U∞= 0.280 m/s 下平均湍流度的對(duì)比.可以看到,在0.205 m/s 的清水相流場(chǎng)中光滑壁面的湍流度在y+≈ 80 附近出現(xiàn)峰值,清水相和含顆粒相溝槽壁面流場(chǎng)的湍流度分布曲線均與光滑壁面類似,但其峰值內(nèi)移,強(qiáng)度近似不變,這表明溝槽壁面的湍流脈動(dòng)峰值更加接近壁面.同清水相溝槽壁面流場(chǎng)相比,兩相溝槽壁面流場(chǎng)的湍流度分布曲線與清水相壁面分布曲線形狀類似,但是其峰值外移,強(qiáng)度明顯下降.這說明顆粒的加入使得湍流脈動(dòng)峰值更遠(yuǎn)離壁面,并且削弱了流場(chǎng)內(nèi)部的輸運(yùn),湍流脈動(dòng)得到抑制.在0.280 m/s 的流場(chǎng)中,可以看到相對(duì)光滑壁面而言,清水相溝槽壁面的湍流度峰值位置幾乎不變,強(qiáng)度有所提高.這意味著清水相光滑壁面流場(chǎng)中湍流最劇烈的部分對(duì)壁面的影響更大;而兩相流場(chǎng)中的溝槽峰值位置亦幾乎不變,但強(qiáng)度降低,與阻力變化結(jié)論吻合.

圖4 不同來流速度下湍流度分布曲線Fig.4 Distribution of the turbulence intensity at different velocity

雷諾應(yīng)力是指在湍流的時(shí)間平均運(yùn)動(dòng)中,流體顆粒之間動(dòng)量交換所產(chǎn)生的附加應(yīng)力.雷諾應(yīng)力越大,說明流體顆粒動(dòng)量交換就越大,流體脈動(dòng)就越強(qiáng)烈.圖5 為不同速度下雷諾應(yīng)力的對(duì)比,可以看到在0.205 m/s 下清水相光滑壁面流場(chǎng)的雷諾應(yīng)力在y+≈40 附近較為平緩,其峰值大約在y+≈ 30 和y+≈ 90處.可觀察到兩種流動(dòng)相下的溝槽壁面雷諾應(yīng)力峰值均有所降低,并且其峰值同樣有所外移.雷諾應(yīng)力的降低說明動(dòng)量交換減弱,流體脈動(dòng)被抑制,是減阻壁面的一個(gè)典型特征.在0.280 m/s 的單相工況下可以看到溝槽壁面的雷諾應(yīng)力峰值仍向外移動(dòng),但峰值相對(duì)單相壁面有所增加,這同平均速度剖面和阻力上升的結(jié)果吻合.

圖5 不同來流速度下雷諾切應(yīng)力分布曲線Fig.5 Distribution of the Reynolds shear stress at different velocity

3 流動(dòng)中的噴射?掃掠結(jié)構(gòu)檢測(cè)及其分析

從上文的統(tǒng)計(jì)量分析中可以看出,顆粒的存在加強(qiáng)了溝槽的減阻效果.但多種工況下顆粒對(duì)于溝槽的影響十分類似,無法推斷更加具體的機(jī)理上的影響,故下文從擬序結(jié)構(gòu)的方向進(jìn)行進(jìn)一步的分析.

相干結(jié)構(gòu)是湍流邊界層研究中的重要對(duì)象,湍流邊界層相干結(jié)構(gòu)是指在尺度為邊界層厚度的量級(jí)空間內(nèi)流動(dòng)特征一致或緊密相關(guān)的流動(dòng),例如快慢斑、上升流、下掃流和各種渦結(jié)構(gòu)[31].對(duì)于不可壓縮流體,可以通過對(duì)相鄰流體微團(tuán)的相對(duì)速度來反映噴射和掃掠運(yùn)動(dòng).以下使用新象限分裂法和空間局部平均結(jié)構(gòu)函數(shù)[32]提取噴射?掃掠行為.

脈動(dòng)速度沿流向的空間局部平均結(jié)構(gòu)函數(shù)為:

基于象限分裂法的壁面湍流相干結(jié)構(gòu)采樣如下

其中D(x0,l) 為x0處,湍流尺度為l的檢測(cè)函數(shù).δux(x0,l)?和δux(x0,l)+是位于x0處的左右鄰域.式(8)體現(xiàn)了噴射和掃掠時(shí)流體的運(yùn)動(dòng)狀況.在噴射事件中,低速流體從近壁區(qū)被噴射到外層,局部脈動(dòng)速度u″ <0 并且達(dá)到極小值;v′ >0 并且達(dá)到極大值.在掃掠事件中,高速流體從外區(qū)向壁面下掃,局部脈動(dòng)速度u′ >0 并且達(dá)到極大值;v′ <0 并且達(dá)到極小值.

3.1 噴射和掃掠事件

由上文可知,在速度分別為0.205 m/s 和0.280 m/s 時(shí),雷諾應(yīng)力和綜合湍流度的極大值分別在y+=90 和y+= 105 附近.圖6 和圖7 為0.205 m/s 速度下不同工況x-y平面內(nèi)在無因次法向位置y+= 90 下和0.280 m/s 速度下不同工況x-y平面內(nèi)無因次法向位置y+= 105 下的噴射事件的法向脈動(dòng)速度二維拓?fù)浣Y(jié)構(gòu).圖中橫縱坐標(biāo)分別使用壁面單位WU進(jìn)行了無量綱化.除0.280 m/s 的單相溝槽外,可以觀察到溝槽壁面下噴射中心流向脈動(dòng)速度值較大的區(qū)域小于同工況下的清水區(qū),說明溝槽壁面降低了噴射的低速流體和周圍流體的速度差,減小了噴射行為的猝發(fā)強(qiáng)度,也減小了邊界層內(nèi)部之間的動(dòng)量交換.并且噴射行為的削弱同樣降低了與流向相反的脈動(dòng)速度.相對(duì)于清水相,加入顆粒后的流體噴射中心附近的流向脈動(dòng)速度要小于清水相中的區(qū)域,并且同樣可以觀察到脈動(dòng)速度值較大的區(qū)域明顯減小,噴射結(jié)構(gòu)被抑制,這說明顆粒的加入同樣降低了邊界層內(nèi)部的動(dòng)量交換.

圖6 U∞ = 0.205 m/s 時(shí)不同工況下的噴射法向脈動(dòng)速度云圖Fig.6 Contours of the normal fluctuating velocity around eject at U∞ = 0.205 m/s

圖6 U∞ = 0.205 m/s 時(shí)不同工況下的噴射法向脈動(dòng)速度云圖(續(xù))Fig.6 Contours of the normal fluctuating velocity around eject at U∞ = 0.205 m/s (continued)

圖7 U∞ = 0.280 m/s 時(shí)不同工況下的噴射法向脈動(dòng)速度云圖Fig.7 Contours of the normal fluctuating velocity around eject at U∞ = 0.205 m/s

相應(yīng)地,圖8 和圖9 為0.205 m/s 速度下不同工況x-y平面內(nèi)無因次法向位置y+= 90 下和0.280 m/s 速度下不同工況x-y平面內(nèi)無因次法向位置y+=105 下的掃掠事件的法向脈動(dòng)速度二維拓?fù)浣Y(jié)構(gòu).可以看到高速流體在低速流體上部,并且向壁面下掃.對(duì)兩種速度下的不同壁面而言,顆粒的加入均降低了壁面附近的法向湍動(dòng),降低了壁面附近的掃掠行為的強(qiáng)度,這是由于顆粒慣性使其在掃掠過程時(shí)不易跟隨流體接近壁面,進(jìn)而使得各層間速度更加均勻,能量交換有所削弱.這能夠降低輸運(yùn)過程中的阻力.并且注意到0.280 m/s 的兩種工況下,溝槽壁面對(duì)掃掠的猝發(fā)強(qiáng)度有所強(qiáng)化,說明當(dāng)雷諾數(shù)較大時(shí),溝槽的突出結(jié)構(gòu)會(huì)增加下掃的高速流體同周圍低速流體的速度差異.

圖8 U∞ = 0.205 m/s 時(shí)不同工況下的掃掠法向脈動(dòng)速度云圖Fig.8 Contours of the normal fluctuating velocity around eject at U∞ = 0.205 m/s

3.2 掃掠事件數(shù)量隨法向距離的變化

圖10 為不同速度下掃掠事件發(fā)生數(shù)量沿法向的分布規(guī)律.可以看到在顆粒加入后溝槽壁面附近的掃掠行為數(shù)量均明顯增加,而溝槽和顆粒單獨(dú)作用時(shí)的掃掠行為數(shù)量同清水相平板下的數(shù)值相差不大.這是由于兩相流中的顆粒將溝槽誘導(dǎo)出的流向渦破碎成了小渦,從而導(dǎo)致渦誘發(fā)出的掃掠事件數(shù)目增加.并且在0.280 m/s 下掃掠行為的數(shù)量均隨著法向距離的增加而減少.

4 結(jié)論

本文利用粒子圖像測(cè)速技術(shù)分別對(duì)清水相工況和液固兩相工況下的平板及溝槽板湍流邊界層瞬時(shí)速度場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量,得到了平均速度剖面、雷諾應(yīng)力和湍流度等統(tǒng)計(jì)量,提取分析了8 種工況條件下噴射?掃掠結(jié)構(gòu)和流向/法向脈動(dòng)速度的二維拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),得到了以下結(jié)論:

(1)在對(duì)數(shù)律區(qū)中,顆粒組的無量綱速度均略大于清水組,雷諾切應(yīng)力有所降低,湍流度有所減弱;

(2)對(duì)于溝槽而言,無論其實(shí)際處于減阻還是增阻狀態(tài),顆粒的加入均會(huì)降低溝槽壁面附近對(duì)數(shù)律區(qū)中的湍流強(qiáng)度,與溝槽的減阻產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng),并且令失效的溝槽重新產(chǎn)生減阻效果;

(3)顆粒對(duì)噴射?掃掠兩種行為產(chǎn)生的影響類似,而這種影響同壁面類型無關(guān).對(duì)于兩種行為而言,顆粒的加入會(huì)降低其猝發(fā)事件強(qiáng)度.從而可以降低壁面附近的法向脈動(dòng)強(qiáng)度,降低流體與壁面的相互作用,提升溝槽的減阻能力.