关于合成射流与湍流边界层相互作用的涡动力学

采用立体粒子图像测速（SPIV）实验研究了合成射流与湍流边界层相互作用产生的涡动力学。测试了三种长宽比为18的矩形孔几何结构，包括垂直于壁面射流的展向和流向取向孔，以及向下游倾斜 $45^\circ$ 的展向取向孔。此外，测试了三种驱动条件以探究不同吹气比和斯特劳哈尔数的影响。在测量平面阵列上获得的SPIV数据用于重建三维平均和锁相速度场，从而能够详细分析涡的形成与发展。孔几何形状和流动条件的变化产生了一系列涡结构，包括畸变涡环、发夹涡和拱形涡。来自壁面法向孔的射流以与边界层涡量同向旋转的涡为主，其通过增强混合提高了近壁流动速度。相反，倾斜射流中的主导结构逆边界层涡量旋转，这些射流通过直接动量添加增强了近壁处的流动速度。流场分析显示，在低吹气比下运行的倾斜合成射流-边界层相互作用产生的主导涡远弱于相同条件下壁面法向射流生成的涡。最后，在测试的最低斯特劳哈尔数下，壁面法向射流中涡间距增大导致比更高斯特劳哈尔数下观测到的非定常混合高得多。