合成射流控制鼓包分离流动的实验研究

admin · 发表于 2023-10-18 10:33:37

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雅宝题库解析：
利用氢气泡流动显示和PIV测量技术研究了二维鼓包层流边界层分离，包括：1.未施加控制时Re从450到1200下流场特性和结构的演化发展；2.分别在鼓包分离点附近和分离区中施加合成射流控制后，不同激励频率对分离流动的控制效果。研究结果表明，分离点位置在很大程度上依赖于鼓包的几何形状，而再附点位置则主要受来流雷诺数的影响。层流边界层分离后形成非常狭长的分离泡，且分离泡涡心非常靠近再附点。边界层分离后开始向湍流转捩，转捩过程中流场的不稳定扰动急剧增大，并很快增长到最大值，随后沿流向慢慢衰减。鼓包分离剪切层由于受K-H不稳定(Kelvin-Helmholtz instability)扰动而失稳产生二维展向涡结构，随着Re的增大，此展向涡形成与脱落的位置均发生前移，旋涡的尺度也逐渐减小。展向旋涡在向下游对流过程中由于流场不稳定扰动的增强而逐渐丧失二维性，在后继的三维演化过程中首先形成Λ涡，随后演化成马蹄涡。在鼓包分离点附近施加合成射流控制后，Re=700时，无量纲激励器频率1 3对应的合成射流使分离区减小，且控制效果随着的增大而增强；4 5时，分离区被完全控制，流动变为附着流；当6 7时，由于射流与剪切层的相互作用增强，分离区很快三维化，控制效果反而减弱。当Re增大到1120时，2 2.5对应的流场分离区被完全控制，流动变为附着流；当3 3.5时，控制效果逐渐减弱。在鼓包分离区中施加合成射流控制后，控制效果随射流激励器频率的变化关系与在分离点附近施加合成射流控制的情况类似，只是控制效果普遍较差。本文引入了本征正交分解（POD）技术对流场进行分析，并采用旋涡强度来辨识旋涡。分析结果表明，POD前4阶重构流场能非常清晰地显示流场的主要结构信息，由此得到的旋涡结构的周期性演化过程与流动显示结果相似。

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