振動壁面流動控制方法的數(shù)值研究.pdf

1、近年來隨著航空器研制的需要和流動控制技術本身的進步，人們越來越注重在各種內(nèi)流、外流航空流體機械中發(fā)展和利用流動控制技術。壁面振動流動控制方法因為其相對于已出現(xiàn)的周期性吹吸氣、合成射流等對附面層注入動量的控制方法，具有無外接氣路、結構重量輕、控制分離潛力大等優(yōu)點從而越來越受到人們的青睞。本文基于振動壁面流動控制方法的數(shù)值模擬，引入了離散數(shù)據(jù)的李雅普諾夫指數(shù)分析方法和本征正交分解分析方法，開展了非定常激勵控制擴壓通道流動分離的研究工作。

2、r>　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴采用大渦模擬數(shù)值方法模擬擴壓通道中的流動分離問題，并且在分離點附近安置一段振動邊界，采用動網(wǎng)格技術模擬壁面的振動過程，動網(wǎng)格采用彈簧光順模型，并且和流場聯(lián)合求解，模擬了振動壁面與流場中渦系結構相互作用的過程，得到了該作用下擴壓通道內(nèi)的流場結構。⑵由于大尺度擴壓通道內(nèi)非定常流動結構復雜，以至于難以直接分析，本文引入了本征正交分解方法（POD）來分析非定常流場，利用POD方法將通道內(nèi)不同尺度的渦系結構剝離開單獨

3、分析，從而有針對性的研究對分離起主要作用的大尺度渦系結構。⑶數(shù)值模擬了無控流場通道內(nèi)的內(nèi)流特性，并且采用POD方法對其結果進行了研究，結果表明:一階模態(tài)與其他各階模態(tài)有著本質(zhì)上的區(qū)別，比其他各階模態(tài)起碼高了一個數(shù)量級；二、三階模態(tài)反映了通道中的大尺度脈動結構，其周期性也與主要分離渦較為接近；流場中的能量主要集中在低階模態(tài)中，通過對低階模態(tài)的分析就能有針對性的研究擴壓通道流場的流動特性。⑷研究了頻率對流動控制效果的影響，在振動頻率接近分離

4、渦主頻時，流場主頻的幅值遠大于無控情況，該控制下流場的頻譜特性有了明顯的改善。POD分解后，對能譜的研究表明，合理的振動頻率能夠使分離渦的能量向平均流能量轉(zhuǎn)移，從整體上削弱了高階模態(tài)所占的能量，壓制了通道內(nèi)高階模態(tài)對應的復雜流動結構，以達到抑制流動分離的目的。⑸研究了不同振幅對流場結構的影響，隨著振幅變大，通道內(nèi)的相對總壓損失系數(shù)先降低后增大，表明振幅存在一個最佳值使流場的總壓損失最小。對不同振幅下流場POD分解后的結果表明過大的振幅雖