自由剪切湍流射流的拉格朗日扩散特性

对轴对称湍流射流进行了拉格朗日实验研究，以探究高度各向异性和非均匀的流场。测量在拉格朗日探测模块（一种二十面体装置）内进行，以便于三台相机的光学接入。立体粒子追踪测速得到了竖直射流中示踪粒子的位置、速度和加速度的三分量轨迹，其基于 Taylor 的雷诺数 $\mathcal R_\lambda \simeq 230$。分析在从下游 15 倍直径到 45 倍直径的七个位置进行。首先进行欧拉分析以获得射流的关键参数和相关尺度，即 Kolmogorov 尺度和大翻转（积分）尺度以及能量耗散率。随后对速度分量进行拉格朗日统计分析，其平稳化方法受 Batchelor（\textit{J. Fluid Mech.}，卷 3，1957，第 67-80 页）启发，旨在将 Taylor 的平稳湍流扩散拉格朗日理论推广到自相似流的情况。探讨了典型拉格朗日标度参数随发展射流的演化，结果显示了所提平稳化的有效性。在此背景下讨论了通用标度常数 $C_0$（对应拉格朗日二阶结构函数）以及欧拉和拉格朗日积分时间尺度。发现 $C_0$ 在喷嘴下游 30 倍直径内收敛到常数值（量级为 $C_0 = 3$）。最后，通过考察依赖于加速度的量研究了有限粒子尺寸效应的存在。