小波与Hilbert-Huang变换揭示壁湍流相干结构特征

本文主要探讨了壁湍流中相干结构的研究方法，特别是在直流抽吸式低（变）湍流度风洞的实验环境下。作者夏振炎、靳秀青和姜楠利用恒温热线风速仪IFA-300对平板湍流边界层不同法向位置的流向速度信号进行了精确测量。研究的核心是分析壁湍流脉动速度的概率密度分布，通过与高斯分布的比较，验证了壁湍流中由相干结构引发的猝发现象的统计规律。 论文提出了一种创新的分析手段，即结合小波变换和Hilbert-Huang变换（HHT）。小波变换能够有效地捕捉信号的局部特征，而HHT则能够处理非线性和非平稳信号，特别适合于分析壁湍流这种复杂系统的动力学行为。通过HHT变换，研究者能够分析变换后各模态的能量分布，从而分离出主要包含能量的相干结构。这种方法能够精确地识别壁湍流中那些具有显著周期性和重复性的流动模式。 小波重构法进一步被用来提取那些未能完全分离的小尺度相干结构，确保了对壁湍流细节的全面捕捉。论文还对剩余的湍流信号进行了概率统计分析，对比提取出的全部相干结构与原始无序信号的波形和HHT边际谱，这有助于确认湍流信号中既存在非随机的、有组织的相干结构信号，也有随机的非相干成分。 关键词包括Hilbert-Huang变换、小波变换、壁湍流、相干结构以及间歇性，这些词汇揭示了论文研究的核心技术路线和应用场景。该研究成果对于理解壁湍流的动力学行为、提升流体动力学模型的精度以及在实际工程中的应用具有重要意义，特别是在航空航天、能源转换和热交换等领域。这篇论文提供了一个有效的工具，用于壁湍流相干结构的深入探测和理解。