《合成射流控制圓柱繞流渦脫落模式及其機理的實驗研究》是依託北京航空航天大學，由馮立好擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：合成射流控制圓柱繞流渦脫落模式及其機理的實驗研究
- 依託單位：北京航空航天大學
- 項目負責人：馮立好
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
基於鈍體繞流卡門渦周期性反對稱脫落會引起結構振動、誘發氣動噪聲這一物理現象，本項目提出了合成射流控制圓柱繞流的一種新的思路：改變尾跡渦固有的脫落模式。擬利用一對對稱放置於圓柱上下兩側的二維合成射流控制圓柱繞流，通過調節來流雷諾數、射流出口方位角、激勵振幅以及激勵頻率等，改變圓柱尾跡渦固有的反對稱脫落模式,例如抑制尾跡渦脫落、誘導產生對稱脫落模式等。主要通過水槽中的流動顯示以及PIV測量速度場對該問題進行研究，藉助本徵正交分解（POD）、動力學模態分解（DMD）等多種數據處理技術，分析尾跡渦演化發展的動力學過程，揭示合成射流漩渦與圓柱壁面邊界層/剪下層/尾跡渦相互作用的物理機制，研究尾跡渦脫落模式變化對流場、分離以及阻力特性的影響，分析不同流動狀態下激勵參數的影響規律進而獲得合成射流有效控制的最佳化參數，最終為合成射流控制渦脫落模式這一新思路提供充實的科學依據。
結題摘要
基於鈍體繞流卡門渦周期性反對稱脫落會引起結構振動、誘發氣動噪聲這一物理現象，本項目創新性的提出了合成射流控制圓柱繞流的一種新的思路：改變尾跡渦固有的脫落模式。本項目將合成射流對稱地布置在圓柱分離點附近，研究了尾跡渦演化發展的動力學過程，揭示合成射流旋渦與圓柱壁面邊界層/剪下層/尾跡渦相互作用的物理機制，分析了不同激勵參數的影響規律進而獲得了合成射流有效控制的最佳化參數，最終為合成射流控制渦脫落模式這一新思路提供了充實的科學依據。本項目的主要創新性成果包括： 1、揭示了合成射流控制下圓柱繞流典型尾跡渦演化模式的發展規律。固定來流雷諾數為Re=1200，改變合成射流激勵參數，實驗研究觀測到圓柱尾跡渦脫落呈現出幾種不同的脫落模式，即2S反對稱模式、2P對稱模式、2(P+S)反對稱模式、雙穩態模式和2S對稱模式，詳細分析了尾跡渦演化發展的動力學過程。 2、提出了一種有效的模態分解方法即全場特徵頻率分解（GED）方法。GED模態分解方法簡單快捷有效，以全場功率譜密度為特徵頻率的選取依據，可以得到特徵頻率對應的全場振幅譜、相位譜和模態，套用該方法成功地分析了不同脫落模式的頻譜特性和差異。 3、揭示了不同尾跡渦脫落模式產生的物理機制。綜合套用流動顯示和微距鏡頭拍攝的PIV結果，提出兩種關於尾跡渦的分離與融合機制，較為有效地揭示了不同尾跡渦脫落模式的產生機理。 4、分析了不同激勵參數對控制效果的影響規律。發現動量係數Cμ、激勵頻率fe和衝程A三個參數均會對圓柱尾跡渦脫落模式產生影響。合成射流只有在具有足夠的動量係數和一定的射流衝程下才能改變圓柱尾跡渦的脫落模式。激勵頻率決定了向剪下層內輸入動量和渦量的周期，影響不同尾跡渦脫落模式產生。 5、通過數值模擬研究了合成射流布置於分離點附近時對圓柱繞流及氣動力特性的影響規律。固定來流雷諾數Re=500，發現不同尾跡模式的分布表現為合成射流動量係數和頻率的函式，在特定工況下尾跡渦呈現對稱模式，此時圓柱升力脈動可以被完全抑制。 6、提出了在圓柱前駐點與分離點附近開通槽控制圓柱繞流的控制方法。通槽出口射流與邊界層作用，可以推遲流動分離點到通孔下邊界，並進一步影響剪下層發展，圓柱繞流雷諾數Re = 780、1470，通槽寬度w/D = 0.1、0.2時, 可以誘導產生雙穩態模式。
