流动控制中非定常扰动技术研究

摘要

近年来主动流动控制中大量研究了基于非定常吹吸、零质量射流等非定常扰动流动控制方法。研究表明非定常主动流动控制能够通过局部的小能量的输入而改变整个流场结构,并且能够对复杂的动态系统进行精确的相位控制。
　　 本文研究了通过非定常扰动控制流动分离:通过装置在分离区上游边界层内的薄片在特定频率、振幅、位置震荡,产生的非定常扰动会在流场中增加周期性脉动速度,增大雷诺剪切应力,可以将边界层上层导入底层,使其变得饱满,可以控制分离。
　　 本文首先用烟线流动显示方法验证了这一理论。实验中振动片由洛伦兹力驱动,当电流信号频率等于振动片自振频率是振动片自振。实验结果表明,在一定频率范围振动可以抑制下游转角板上的分离。
　　 然后通过动网格CFD方法初步研究了边界层内非定常扰动产生周期性脉动速度的规律,以及扰动对流动分离的控制效果。计算结果表明振动能使边界层底部动量增大,下游表面摩擦力增大。不同频率周期性脉动速度沿下游衰减,而且衰减速度各不相同。另外,边界层内不同高度的周期性脉动速度不同,其峰值沿下游向远离壁面。本文的研究表明新的非定常扰动技术能够控制流动分离。

目录

文摘

英文文摘

图表清单

注释表

第一章 绪论

1.1 流动控制技术简介

1.2 非定常扰动流动控制技术研究回顾

1.2.1 机翼前缘分离控制

1.2.2 襟翼以及偏转平板流动分离控制

1.2.3 三角翼涡升力控制

1.2.4 后台阶流动分离控制

1.2.5 总结

1.3 本文研究内容总述

第二章 烟线流动显示实验

2.1 实验设置

2.2 实验设备

2.3 实验平板以及振动装置

2.4 实验结果

2.5 本章小结

第三章 平板流动数值计算

3.1 控制方程

3.2 湍流模型

3.3 动网格方法以及非定常计算设置

3.4 振动片对平板流动的影响

3.4.1 静止振动片对平板流动的影响

3.4.2 振动片振动、静止、无振动片三种情况下流场对比

3.4.3 分析与小结

3.5 不同振动初始高度对平板流动的影响

3.5.1 静止振动片对流场的影响

3.5.2 振动频率400Hz在高度0.4mm、1.6mm的对比

3.5.3 分析与小结

3.6 相同高度不同振动频率的对比

3.7 周期性脉动速度分析

3.8 带腔体跳板式振动数值计算

3.9 本章小结

第四章 流动分离控制数值模拟

4.1 转角平板数值模拟算例

4.2 NACA0012数值模拟算例

第五章 结论和展望

5.1 本文的主要工作和结论

5.2 后续研究工作展望

参考文献

附表

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文