低馬赫數下凹腔流動振盪三維特性的實驗研究

《低馬赫數下凹腔流動振盪三維特性的實驗研究》是依託西安交通大學，由張科擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：低馬赫數下凹腔流動振盪三維特性的實驗研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：張科
• 依託單位：西安交通大學

中文摘要

凹腔結構是汽車車窗、飛行器起落架、潛艇武器槽及發動機燃燒室等的典型結構。流體經過凹腔結構可能差生極大的壓力及速度波動，引起結構的強烈振盪、產生高強度噪聲、以及造成結構所受阻力的急劇增加，極端情況下可能摧毀結構本身。由於環境能源問題，降噪減租是汽車及飛行器設計的關鍵課題之一。正確理解凹腔振盪發生機理，實現對其有效控制是降噪減租的方法之一。由於凹腔流動的非定常及不穩定特性，目前該方向的研究大多基於二維假設。本項目希望利用麥克風陣列對凹腔內部脈動壓力進行三維測量，探索凹腔振盪的三維特性，同時通過速度場和脈動壓力場的同步測量，研究凹腔振盪三維特性發生機理。本項目希望揭示凹腔內部流動及振盪的三維特性與二位假設間的差異，填補現有凹腔振盪理論的不足之處。

結題摘要

凹腔結構是汽車車窗、飛行器起落架、潛艇武器槽及發動機燃燒室等的典型結構。流體經過凹腔結構可能產生極大的壓力及速度波動，引起結構的強烈振盪、產生高強度噪聲、以及造成結構所受阻力的急劇增加，極端情況下可能摧毀結構本身。由於環境能源問題，降噪減租是汽車及飛行器設計的關鍵課題之一。正確理解凹腔振盪發生機理，實現對其有效控制是降噪減租的方法之一。由於凹腔流動的非定常及不穩定特性，目前該方向的研究大多基於二維假設。 本項目利用麥克風陣列對凹腔底面脈動壓力進行測量，探索Rossiter模式凹腔振盪的三維特性，同時研究凹腔寬度及寬度邊界對Rossiter振盪特性的影響。研究發現，Rossiter振盪沿寬度方向同時存在，強度有所變化，靠近寬度邊界附近震盪強度增加。凹腔寬度W/L ≈ 1時，Rossiter模式振盪消失，脈動壓力出現低頻能量集中。當凹腔寬度進一步減小為W/L <1 時，出現Rossiter模式振盪，並且振盪強度相對W/L >1的凹腔有所增加。這點和寬度對Wake模式振盪的影響完全不同。同時通過凹腔不同截面上各點速度大小與底面脈動壓力的同步測量，分析凹腔Rossiter振盪發生的流動機理，探索凹腔寬度對振盪影響的流動機理。研究發現，寬度較大凹腔的中心截面上剪下層速度梯度相對寬度較小凹腔有所增加。而在同一凹腔內，靠近寬度邊界附近，剪下層速度梯度及rms最大值相對中心截面都有所增加。凹腔內部存在Rossiter模式振盪時，中心截面速度rms值相對無Rossiter振盪的凹腔要大。 本研究發現Rossiter振盪沿寬度方向變化和Wake模式振盪沿寬度方向變化有所不同，同時發現，凹腔寬度對Rossiter振盪的影響相對wake模式更為複雜，寬度變化不僅可以改變振盪強度，還可能完全改變振盪特性。研究發現寬度變化對振盪的影響可能是通過凹腔內部回流，及寬度邊界和剪下層的相互作用而引起的。凹腔振盪三維特性發生機理。本研究揭示了凹腔Rossiter振盪及內部流動沿寬度方向的變化，與二維假設間的差異，寬度對振盪及內部流動的影響，填補現有凹腔振盪理論的不足之處。