基于高空间分辨率 PIV 的零压梯度与逆压梯度湍流边界层大尺度运动研究

在 LMFL 高雷诺数边界层风洞中，对零压梯度（ZPG）湍流边界层（TBL）和逆压梯度（APG）-TBL 进行了高空间分辨率（HSR）双分量二维粒子图像测速（2C-2D PIV）测量。ZPG-TBL 的基于动量厚度的雷诺数为 $Re_{\delta_2} = \delta_2 U_e/\nu = 7,750$，而 APG-TBL 的 $Re_{\delta_2} = 16,240$，Clauser 压力梯度参数为 $\beta = \delta_1 P_x/\tau_w = 2.27$。在使用自研软件以多网格/多遍数字 PIV（Soria, 1996）分析单曝光 PIV 图像数据后，对数据进行了本征正交分解（POD），将流场分离为大尺度与小尺度运动（LSMs 和 SSMs），并将 LSMs 进一步归类为高动量与低动量事件。条件平均雷诺应力的剖面显示，在壁面到对数层末端之间，高动量事件对雷诺应力的贡献大于低动量事件，而在尾流区情况相反。高、低动量 LSMs 的雷诺应力剖面交叉点处的值始终高于同一壁法向位置处原始集合的对应雷诺应力。此外，APG-TBL 中的交叉点比 ZPG-TBL 中更远离壁面。通过去除含 LSMs 的速度场，剩余速度场对雷诺流向应力与雷诺剪切应力的估计在 ZPG-TBL 中降低多达 $42\%$。该降低效应在 APG-TBL 中更大（多达 $50\%$）。然而，去除这些 LSMs 对 ZPG- 与 APG-TBL 中的雷诺壁法向应力影响极小。