合成射流改善S形进气道流场特性的数值模拟研究

bb20920d · 发表于 2022-5-12 08:08:53

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本文通过求解雷诺平均N-S方程组来研究使用合成射流改善进气道内的流场特性，提高流场品质。详细分析了合成射流在不同频率、强度、控制位置以及展向变化等条件下进气道内部和出口的总压恢复、二次流发展、动态及稳态流场畸变等，发现在合理的激励强度和位置下合成射流可以有效地改善流场品质，提高总压恢复，降低出口横流值的大小，减小进气道出口主流区域动态及稳态总压畸变。分析了进气道内的典型的二次流结构，发现入口来流在靠近侧壁面的流线因二次流和分离的共同作用在第一和第二弯道之间形成了一个三维性极强的大尺度的漩涡，该涡对流场的影响极大，因此，控制此涡是该进气道流动控制的重点。流动分离严重影响了进气道出口总压恢复，和二次流相会作用，会产生较大的低压区，本文使用二维模型详细研究了平均吹气速度下和激励器频率对流动分离控制效果的影响，发现平均吹气速度越大，控制效果越好，但是频率 f=1200Hz时控制效果最好。重点研究了不同位置和展向变化的激励器对控制效果的影响。在第一弯道施加控制后当地下游流动分离的强度降低了，最终提高了出口总压恢复，同时出口旋流也得到明显改善；在第二弯道单独施加控制可以改善当地流场，但是对第一弯道后流动没有效果，因此对整个流场的改善较小。两个弯道同时作用对总压和旋流的改善效果最佳。由于进气道内流动三维性明显，本文考察了沿展向变化的三维合成射流控制效果，发现在中间位置（3u-mid）施加控制可以增大相应位置下游的流动能量，使之贴着下壁面流动能力强，可以抵消由于离心力产生的旋流，非常显著地降低了进气道内部二次流的强度，将流场畸变降到最低。而在靠近侧壁面施加控制作用相反，对旋流的改善效果最弱。相对主流区域，合成射流会使下游近壁面附近流场动态畸变增大。其非定常性影响了下游的流场，导致流场动态畸变比较大，只有到下游足够远的地方射流和主流充分掺混，才能降低由合成射流带来的非定常性，体现出合成射流控制的优势。

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