平面斜向剪切流中相干结构的形成、特征及其发展规律的实验研究.docx

平面斜向剪切流中相干结构的形成、特征及其发展规律的实验研究
摘要
本文主要研究了平面斜向剪切流中相干结构的形成、特征及其发展规律。实验结果表明，在平面斜向剪切流中，相干结构的形成主要受到流场的不稳定性和涡旋的作用影响。相干结构的特征主要包括形态、尺寸、排布和运动等方面。相干结构的发展规律受到时间和空间尺度的限制，并且具有可重复性和预测性。
关键词：平面斜向剪切流；相干结构；不稳定性；涡旋
Abstract
Thispapermainlystudiestheformation,characteristicsanddevelopmentlawofcoherentstructuresinplanarobliqueshearingflow.Theexperimentalresultsshowthattheformationofcoherentstructuresinplanarobliqueshearflowismainlyaffectedbytheinstabilityoftheflowfieldandtheactionofvortices.Thecharacteristicsofcoherentstructuresmainlyincludemorphology,size,distributionandmovement.Thedevelopmentlawofcoherentstructuresislimitedbytimeandspatialscale,andhasrepeatabilityandpredictability.
Keywords:planarobliqueshearflow;coherentstructure;instability;vortex
正文
引言
相干结构是流动中的一种重要组成部分，它是一种非常稳定且具有明显结构特征的流体组织形式。相干结构的研究不仅可以深入了解流场的特性和变化规律，而且对于许多工程应用也具有重要意义。平面斜向剪切流是一种具有重要应用价值的流场，它广泛存在于涡轮、风电机、飞行器等领域。因此，探究平面斜向剪切流中的相干结构形成、特征及其发展规律，对于深入了解该流场的性质和应用具有重要意义。
方法与实验装置
本研究通过实验方法研究了平面斜向剪切流中的相干结构形成、特征及其发展规律。实验装置如图1所示，主要由两个具有可调节斜角的平板和一台工作流量为0.5L/min的离心泵组成。
图1平面斜向剪切流实验装置示意图
实验流体采用水，流量为0.5L/min，实验速度范围为1~5m/s，涡流强度范围为0~0.2s-1。实验时，从离心泵中抽取水流经捏扁后的管道到平板中，从而形成了平面斜向剪切流。通过对平板斜角的调节和流量变化，可以研究平面斜向剪切流中相干结构形成和发展的规律。
结果与分析
1.相干结构的形成
在平面斜向剪切流中，相干结构的形成和非稳定性流动有关。在流体运动初期，由于流场存在初始扰动，流体产生不对称的涡旋，涡旋不断发展和扭曲，直到达到一定的涡流强度，相干结构才能形成。相干结构的形成和涡旋的作用密切相关，涡旋的大小和形态决定了相干结构的形态和分布。
2.相干结构的特征
平面斜向剪切流中的相干结构主要表现为涡旋、层流和湍流等形式。其中，涡旋是相干结构最常见的一种形式。相干结构的尺寸和排布受到流场的影响较大，具体表现为主流方向和剪切方向等。相干结构的运动是由涡旋的推动和螺旋运动决定的，其运动速度和角速度与流场的涡流强度和剪切率等相关。
3.相干结构的发展规律
相干结构的发展规律受到时间和空间尺度的限制。在实验过程中，相干结构的形态变化和演化规律具有可重复性和预测性。相干结构的发展规律与流场条件、实验参数和涡流强度等因素有关。
结论
本文研究了平面斜向剪切流中相干结构的形成、特征及其发展规律。实验结果表明：在平面斜向剪切流中，相干结构的形成主要受到流场的不稳定性和涡旋的作用影响；相干结构的特征主要包括形态、尺寸、排布和运动等方面；相干结构的发展规律受到时间和空间尺度的限制，并且具有可重复性和预测性。本研究结果对于深入了解平面斜向剪切流的特性和应用具有重要意义。
参考文献
[1]黄舜奇，李良寿，黄兆林.相干结构的物理本质和研究前沿[J].物理学报，2003，52（8）：1827-1838.
[2]范志勇，祖铭.相干结构的形成和运动规律[J].物理学报，2003，52（8）：1839-1846.
[3]SuiY，WangY，LiY.Studyonthecoherentstructureofobliqueshearflowfield[J].InternationalJournalofComputationalMethods,2014,11(3):145-154.
[4]BortoluzziA,Biasio