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平板边界层参数水槽测量与仿真分析研究

张璇 沈雪 田于逵 孙海浪 谢华 张楠

张璇, 沈雪, 田于逵, 等. 平板边界层参数水槽测量与仿真分析研究[J]. 实验流体力学, 2017, 31(1): 26-31,46. doi: 10.11729/syltlx20160098
引用本文: 张璇, 沈雪, 田于逵, 等. 平板边界层参数水槽测量与仿真分析研究[J]. 实验流体力学, 2017, 31(1): 26-31,46. doi: 10.11729/syltlx20160098
Zhang Xuan, Shen Xue, Tian Yukui, et al. Experimental and numerical investigations of the boundary layer parameters of an underwater flat plate model[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics, 2017, 31(1): 26-31,46. doi: 10.11729/syltlx20160098
Citation: Zhang Xuan, Shen Xue, Tian Yukui, et al. Experimental and numerical investigations of the boundary layer parameters of an underwater flat plate model[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics, 2017, 31(1): 26-31,46. doi: 10.11729/syltlx20160098

平板边界层参数水槽测量与仿真分析研究

doi: 10.11729/syltlx20160098
基金项目: 

国家重大科学仪器设备开发专项 2013YQ040911

详细信息
    作者简介:

    张璇(1987-),男,湖南常德人,助理工程师。研究方向:实验流体力学。通信地址:江苏省无锡市滨湖区山水东路222号(214082)。E-mail:zhangxuan0302@126.com

    通讯作者:

    E-mail:tyk702@sina.com

  • 中图分类号: O352

Experimental and numerical investigations of the boundary layer parameters of an underwater flat plate model

  • 摘要: 利用LDV测试技术,在小型水槽中对零压力梯度的光滑平板边界层进行了平均速度剖面测量。利用测得的速度数据进行从壁面到对数律层尾区全壁面律的拟合求解获得壁面摩擦速度和其他边界层流动参数。在实验测量之外还开展了平板绕流CFD仿真分析,并将实验结果、仿真计算结果和平板经验公式计算结果进行比较。结果表明,基于LDV的全壁面律拟合求解平板表面边界层流动参数具有较高精度,结合仿真分析,可为利用平板开展水中MEMS壁面剪应力传感器标定提供理想的输入。
  • 图  1  精密水槽结构示意图

    Figure  1.  Precision water flume structural diagram

    图  2  平板模型示意图

    Figure  2.  Flat plate model diagram

    图  3  沿程流速测量实验照片

    Figure  3.  Measurement of velocity along flowing direction

    图  4  外流速度0.6m/s时的沿程流速分布

    Figure  4.  Velocity distribution along flowing direction (freestream velocity =0.6m/s)

    图  5  速度剖面测量实验照片

    Figure  5.  Mean velocity profile measurement

    图  6  不同外流速度下的速度剖面

    Figure  6.  Mean velocity profile of different freestream velocities

    图  7  实验值与Spalding经验公式结果对比

    Figure  7.  Comparison of Spalding empirical formula and measured results

    图  8  物理模型示意图

    Figure  8.  Computational model diagram

    图  9  计算网格与边界条件类型

    Figure  9.  Computation mesh and boundary condition

    图  10  v=0.7m/s平板平均速度剖面图

    Figure  10.  Dimensionless velocity profile(v=0.7m/s)

    图  11  v=0.7m/s平板壁面剪应力云图

    Figure  11.  Contours of wall shear stress distribution(v=0.7m/s)

    表  1  平板边界层流动参数

    Table  1.   Flat plate boundary layer parameters

    0.20.30.40.50.60.7
    δ/mm10.3511.5012.1722.7621.8621.25
    δ*/mm3.432.321.953.062.872.79
    θ/mm1.331.241.062.112.011.96
    H2.581.981.841.451.431.42
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    表  2  不同外流速度下的壁面剪切应力值

    Table  2.   Wall shear stress of different freestream velocities

    0.50.60.7
    u*0.02330.02760.0321
    y0/mm0.260.260.25
    τw/Pa (LDV速度剖面)0.54190.76321.0313
    τw/Pa(经验公式)0.54630.76101.0058
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    表  3  不同外流速度下数值计算与速度剖面计算结果比较

    Table  3.   Shear stress obtained from CFD simulation and mean profiles of different freestream velocities


    外流速度
    /(m·s-1)
    CFD
    τw/Pa
    经验公式
    τw/Pa
    LDV速度剖面
    τw/Pa
    0.50.5546 0.54630.5419
    0.60.7745 0.76100.7632
    0.71.0224 1.00581.0313
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出版历程
  • 收稿日期:  2016-06-14
  • 修回日期:  2016-09-14
  • 刊出日期:  2017-02-25

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    《实验流体力学》编辑部

    2021年8月13日