高聚物添加剂对湍流核心区影响的实验研究

"高聚物添加剂的浓度对湍流核心区的影响" 本文主要探讨的是高聚物添加剂如何影响湍流核心区的流动特性。湍流是流体动力学中的一个重要领域，尤其在航空航天、机械工程以及流体传输等领域有广泛的应用。湍流核心区是指远离壁面的流动区域，这里的流体运动具有高度的不规则性和随机性。 郗恒东、Eberhard Bodenschatz和徐海涛的研究发现，当向流体中添加高聚物时，可以显著改变湍流核心区的动态行为。高聚物的存在降低了流体的加速度和速度脉动，即减少了流体流动的不稳定性。加速度脉动（a）随着高聚物浓度的增加，以幂指数的方式减少，表明高聚物能有效抑制流体快速变化的速度波动。另一方面，速度脉动（u）的降低则是线性的，这暗示着高聚物对湍流核心区域的平均流速有着直接的平滑作用。 此外，研究还揭示了高聚物添加剂对流体中小尺度结构的各向异性增强，但不影响大尺度结构的各向异性。这意味着在微观层次上，高聚物改变了流动的方向性，但这种改变并未延伸到宏观流动模式。这一发现与一个理论预测相吻合，即高分子只影响小于某个临界尺度的流体结构。 从能量级串的角度看，高聚物可能通过改变湍流能量从大尺度向小尺度传递的效率，从而影响湍流的演化。在没有高聚物的情况下，湍流的能量通常通过涡旋的生成和相互作用从小尺度向大尺度转移。高聚物的加入可能会阻碍这一过程，使得更多的能量停留在较大的尺度上，从而降低了湍流的强度。 这些实验结果对于理解和控制湍流，尤其是在需要降低阻力或提高流动稳定性的应用中，如飞机机翼设计、管道输送等，具有重要的实际意义。同时，这也为高分子流体的流动模型提供了新的理论依据，有助于发展更精确的数值模拟方法。 关键词涉及流体力学、高聚物添加剂和能量级串，以及湍流的核心概念，表明这篇论文是这个领域的原创性研究，对于进一步理解高聚物对湍流影响的机理具有开创性贡献。这项工作得到了高等学校博士学科点专项科研基金博导类资助课题和德国自然科学基金会的支持，显示了国际间对于这一研究主题的关注和投入。