大振幅横向振荡柱体尾流的控制

引用小窄条控制件对不同旋涡脱落模式进行尾流控制.在振幅比A/D=1.0,无量纲振荡频率feD/V∞=0.413,雷诺数为1 200条件下找到了2P旋涡脱落模式并对其进行控制;在振幅比为0.4,无量纲振荡频率0.21条件下找到了2S旋涡脱落模式并对其进行控制;在振幅比为1.5,无量纲振荡频率0.189条件下找到了P+S旋涡脱落模式并对其进行控制.烟线流动显示实验和热线测速.实验结果表明,单窄条对2S模式旋涡脱落的抑制作用不明显,对2P模式旋涡脱落抑制作用显著,双窄条对P+S模式旋涡脱落的抑制在一定位置下有显著控制效果.     

喷射气流对横向振荡圆柱体尾流抑制的影响

对雷诺数Re=1200条件下的圆柱在均匀来流中横向受迫振荡的尾流控制问题进行数值模拟分析.通过尾部加喷射气流对不同旋涡脱落模式进行尾流控制,通过对圆柱在不同振幅和振荡频率下涡脱落情况进行观察研究,最终在无量纲振荡频率feD/V=0.21,振幅比A/D=0.5情况下发现了2S旋涡脱落模式并通过在柱体尾部施加不同速度的喷射气流对其进行控制;在feD/V∞=0.189,A/D=1.5情况下发现了P+S旋涡脱落模式并在柱体尾部施加不同速度的喷射气流对其进行控制.涡量图和功率频谱图结果表明,在2S模式下,喷射气流对旋涡脱落抑制效果明显,尤其当喷射速度Ve=5m/s时效果显著.而在P+S模式下,当喷射速度Ve=2.5m/s时旋涡脱落抑制效果较好,而当喷射速度Ve分别为5m/s和7.5m/s时,抑制效果一般.     

旋转振荡板的尾流旋涡脱落模式研究

目的:寻找不同振频和振幅条件下旋转振荡板尾流所有旋涡脱落模式,画出各模式的区域分布图,总结旋涡脱落规律。方法:通过风洞实验与数值模拟确定雷诺数Re=2 300时,尾流旋涡脱落模式为2S,2P,P+S的典型工况,验证实验结果与仿真结果是否具有一致性。板的旋转振幅变化范围为:5°～50°,无量纲振频f_eH/V_∞的变化范围为0.01～0.129,通过改变数值模拟的参数找出所有旋涡脱落模式。结果:确定了四种旋涡脱落模式的典型工况,每种模式下实验与仿真结果对比良好,在研究范围内共发现了十一种旋涡脱落模式。结论:旋转振荡板尾流的旋涡脱落模式随着振幅、振频的增加不断改变,最终全部成为2S模式。其中振频对旋涡脱落模式变化的影响较大,总体趋势是从复杂的涡结构逐渐转变成单一结构。     

窄条控制件对流向振荡柱体尾流的控制

施加一个静止的窄条控制件于流向振荡圆柱体尾流中,对尾流涡脱落及作用于柱体的平均阻力和脉动升阻力进行抑制.窄条厚度很小,长度方向与柱轴平行,窄条面垂直于来流,控制参数为窄条宽度和位置.尾流脉动速度谱和脉动升、阻力谱的分析表明,当控制件位于布控有效区域内时,可抑制振荡柱体尾流旋涡脱落,并且具有减阻和减少脉动升阻力的效果,布控有效区随柱体振频、雷诺数和窄条宽度而变.     

横向振荡板的尾流研究

目的:在不同的振频和振幅条件下找出三种典型的漩涡脱落模式,即2P、2S以及P+S模式,并在(A/H,V_∞/fH)平面上画出了旋涡脱落模式的分布图,寻找漩涡脱落规律。方法:通过风洞实验和数值模拟方法研究在Re=2 300、无量纲振幅A/H=0.5～2.0、无量纲振频fH/V_∞=0.03～0.2时,观察烟线结果与数值模拟结果是否一致,随后再通过热线测量与数值模拟的结果进行对比,进一步证明实验的准确性。结果:找到了三种漩涡脱落模式的典型工况,还发现了较为少见的模式,即2P+2S模式,四种模式下实验结果与数值模拟结果基本一致。结论:随着板振幅和振频的改变,漩涡脱落模式也不断改变,数值模拟能够较好地模拟实验时的真实情况,可以为之后研究横向振荡板的尾流提供参考。     

窄条控制件对旋转振荡板尾流的控制

两个小窄条对称地放于两侧,对宽厚比B/H=3的旋转振荡平板的尾流旋涡脱落进行抑制.板在平行于来流位置附近绕对称轴作旋转振荡,振幅为10°.窄条长边与板的旋转轴平行,窄条表面与来流方向垂直,窄条宽度与板的厚度之比b/H=1/3.控制参数为窄条位置.尾流流动显示图片和尾流脉动速度谱结果表明,当窄条位于有效区域内时,板两侧的涡脱落得到有效抑制.有效区尺度随着无量纲频率的增大而增大,随着雷诺数的增大而减小.     

小控制杆对矩形柱尾流旋涡脱落的抑制

采用小控制杆方法对主柱宽厚比B/H为2.0和3.0的两种矩形柱尾流的旋涡脱落进行了抑制实验.实验在风洞中进行,雷诺数(Re)范围为1.5×103至5.5×103,控制杆与矩形柱长度相同,两者相互平行放置.对三种不同宽度的控制杆进行了实验,小杆宽厚比分别为b/H=0.2,0.32和0.4.流动显示和热线测量结果表明:在柱体附近存在一个有效区,控制杆位于此区内时,柱体两侧的旋涡脱落被抑制.另外还存在一个单侧有效区,当控制杆位于该区内时,柱体一侧的旋涡脱落被抑制,而另一侧未被抑制,形成"单侧旋涡脱落现象".文中还研究了小杆宽厚比、矩形柱宽厚比和雷诺数对有效区和单侧有效区的影响,发现b/H增大时,有效区和单侧有效区不是扩大,而是有所缩小;当B/H增大时,有效区和单侧有效区扩大,而且有效区由一个变为两个;Re增大时,有效区和单侧有效区略有缩小.     

喷射方法对尾流旋涡脱落的抑制

采用数值模拟的方法研究了尾部喷射对波动来流绕圆柱流动旋涡脱落的抑制,进而研究圆柱尾流控制机理.研究流场的无量纲波频范围为0².8,来流波动的无量纲幅值为0.2,雷诺数=200.在圆柱尾部沿圆柱母线开宽度为0.04倍柱体直径的缝隙,从缝隙中射出流体对尾流进行抑制,寻找可有效抑制旋涡脱落的喷射速度范围,进而求出雷诺数=200,无量纲振幅为0.2时有效抑制范围.当喷射速度在一定范围内时,可有效抑制旋涡脱落,并且随着无量纲频率的增大,有效抑制范围逐步减小.     

尾部喷射对横向振荡柱体尾流的抑制

沿圆柱的一条母线开一条宽度h/D=0.02的狭缝作为喷射口,并使其与来流平行.研究了雷诺数Re=4 400、无量纲振荡频率feD/V=0.019,Re=6 900、feD/V=0.048和Re=2 400、feD/V=0.25三种状态下尾部喷射对横向振荡柱体尾流的抑制.通过对风洞中的烟线显示和热线测量得到的数据进行分析表明,在一定的喷射速度范围内,尾部喷射能够对横向振荡柱体的尾流进行很好的抑制.     

矩形柱二维尾流的稳定性研究

采用实验和数值模拟两种方法对长宽比为3∶1的矩形柱尾流进行了稳定性研究.实验发现当雷诺数接近临界值时,未加扰动的矩形柱尾流呈二维定常状态.当在柱体上游一定位置和下游靠近柱体的位置上沿垂直于来流方向施加一个宽度很小的短时脉冲射流扰动以后,扰动随时间放大,并出现旋涡脱落现象,并且这种扰动激发的旋涡脱落可以持续很长时间,不会衰减.而在下游较远处施加同样的扰动时,扰动将会衰减,不能激发出持续的旋涡脱落.数值模拟再现了上述实验结果,并且表明,当扰动强度(脉冲射流出口速度)较小时,不会出现持续的规则旋涡脱落,只有当扰动强度达到一定阈值时,旋涡脱落才能被激发.