合成射流控制圆柱绕流结构及其机理的实验研究

admin · 发表于 2022-5-18 19:44:35

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在水槽中进行了合成射流控制圆柱绕流的实验研究。不同于以往的大部分控制方式，本文创新性的将合成射流放置于圆柱前、后驻点位置。通过改变来流雷诺数、激励振幅和激励频率，研究了合成射流对圆柱绕流结构的控制效果，分析了实验参数的影响规律，阐述了控制机理，为抑制钝体绕流涡致振动、推迟分离、减阻等提供了新的途径。论文的主要结论和创新点如下：揭示了合成射流放置于驻点位置控制圆柱绕流的机理以及单点扰动传递到全流场的途径。当合成射流放置于前驻点时，随着激励参数的不同，圆柱上游会形成周期性的闭式包线或者准定常的开式包线，起到了虚拟气动外形的作用：闭式包线形成时，合成射流涡对在来流作用下分别从圆柱上下两侧向下游对流；开式包线形成时，圆柱绕流主要受到包线内射流区的影响。当合成射流放置于后驻点时，合成射流涡对直接作用于回流区，其对周围流体的卷吸诱导作用导致周围流场发生变化。因此，这两种方法对圆柱绕流分离均具有较好的控制效果，并且分离点随着激励频率的增加而推迟。利用相位平均和本征正交分解方法，系统分析了不同激励参数作用下圆柱绕流涡脱落模式的演化，揭示了不同尾迹涡脱落模式产生机理及其对应的模态分布规律，并给出了判别准则，为分析复杂流动现象提供了一种简单有效的途径。当合成射流放置于前驻点时，随着激励频率的增加，圆柱尾迹涡会呈现出六种典型脱落模式：反对称卡门涡模式、对称模式和反对称模式共存的双稳态模式I、伴随锁定现象发生的对称模式、双稳态模式II、尾迹涡生长大度减小的反对称模式、后驻点处垂向剪切诱导涡模式。当合成射流放置于后驻点时，随着激励频率的增加，圆柱尾迹涡存在三种典型的演化模式：反对称卡门涡模式、尾迹涡锁定但对称模式和反对称模式共存的双稳态模式、尾迹涡锁定时的对称模式。研究了不同激励参数对合成射流控制效果的影响。在本项研究中，除合成射流冲程以及动量系数是进行流动控制的关键参数外，前驻点合成射流的控制效果还受到激励频率的影响。此外，对非正弦激励信号产生的高效合成射流对圆柱绕流控制的研究表明，在固定其它激励参数的情况下，提高吸吹比因子（吸程和吹程时间之比）增加了射流的动量系数，因此可以提高合成射流的控制效果。

合成射流控制圆柱绕流结构及其机理的实验研究

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