振動(dòng)壁面流動(dòng)控制方法的數(shù)值研究.pdf

1、近年來(lái)隨著航空器研制的需要和流動(dòng)控制技術(shù)本身的進(jìn)步，人們?cè)絹?lái)越注重在各種內(nèi)流、外流航空流體機(jī)械中發(fā)展和利用流動(dòng)控制技術(shù)。壁面振動(dòng)流動(dòng)控制方法因?yàn)槠湎鄬?duì)于已出現(xiàn)的周期性吹吸氣、合成射流等對(duì)附面層注入動(dòng)量的控制方法，具有無(wú)外接氣路、結(jié)構(gòu)重量輕、控制分離潛力大等優(yōu)點(diǎn)從而越來(lái)越受到人們的青睞。本文基于振動(dòng)壁面流動(dòng)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(lì)控制擴(kuò)壓通道流動(dòng)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(kuò)壓通道中的流動(dòng)分離問(wèn)題，并且在分離點(diǎn)附近安置一段振動(dòng)邊界，采用動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)模擬壁面的振動(dòng)過(guò)程，動(dòng)網(wǎng)格采用彈簧光順模型，并且和流場(chǎng)聯(lián)合求解，模擬了振動(dòng)壁面與流場(chǎng)中渦系結(jié)構(gòu)相互作用的過(guò)程，得到了該作用下擴(kuò)壓通道內(nèi)的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)。⑵由于大尺度擴(kuò)壓通道內(nèi)非定常流動(dòng)結(jié)構(gòu)復(fù)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(lái)分析非定常流場(chǎng)，利用POD方法將通道內(nèi)不同尺度的渦系結(jié)構(gòu)剝離開單獨(dú)

3、分析，從而有針對(duì)性的研究對(duì)分離起主要作用的大尺度渦系結(jié)構(gòu)。⑶數(shù)值模擬了無(wú)控流場(chǎng)通道內(nèi)的內(nèi)流特性，并且采用POD方法對(duì)其結(jié)果進(jìn)行了研究，結(jié)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(gè)數(shù)量級(jí)；二、三階模態(tài)反映了通道中的大尺度脈動(dòng)結(jié)構(gòu)，其周期性也與主要分離渦較為接近；流場(chǎng)中的能量主要集中在低階模態(tài)中，通過(guò)對(duì)低階模態(tài)的分析就能有針對(duì)性的研究擴(kuò)壓通道流場(chǎng)的流動(dòng)特性。⑷研究了頻率對(duì)流動(dòng)控制效果的影響，在振動(dòng)頻率接近分離

4、渦主頻時(shí)，流場(chǎng)主頻的幅值遠(yuǎn)大于無(wú)控情況，該控制下流場(chǎng)的頻譜特性有了明顯的改善。POD分解后，對(duì)能譜的研究表明，合理的振動(dòng)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(duì)應(yīng)的復(fù)雜流動(dòng)結(jié)構(gòu)，以達(dá)到抑制流動(dòng)分離的目的。⑸研究了不同振幅對(duì)流場(chǎng)結(jié)構(gòu)的影響，隨著振幅變大，通道內(nèi)的相對(duì)總壓損失系數(shù)先降低后增大，表明振幅存在一個(gè)最佳值使流場(chǎng)的總壓損失最小。對(duì)不同振幅下流場(chǎng)POD分解后的結(jié)果表明過(guò)大的振幅雖