《尾跡引起的邊界層旁路轉捩機理及其控制的實驗研究》是依託北京航空航天大學，由王晉軍擔任項目負責人的重點項目。
基本介紹
- 中文名：尾跡引起的邊界層旁路轉捩機理及其控制的實驗研究
- 依託單位：北京航空航天大學
- 項目負責人：王晉軍
- 項目類別：重點項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
旋渦-固壁相互作用是基本而重要的流體力學問題，其主要特徵是旋渦在近壁區誘導產生新的流動結構，使固壁邊界層發生旁路轉捩，並使轉捩過程大為提前。本申請擬針對含大尺度旋渦結構的自由湍流尾跡引起的邊界層旁路轉捩進行機理研究，通過風洞、水洞流動顯示和熱線、PIV流場測量，套用條件採樣、相關分析、渦辨識技術等多種手段，研究邊界層對外界湍流尾跡擾動的感受性機制、擾動在邊界層內的增長路徑、轉捩過程中的典型擬序結構、各擬序結構的現象學統計特性、演化發展規律和再生自維持機制等，從而加深對這一旁路轉捩現象的了解，並進而豐富人們對壁湍流自維持機制的認識。在此基礎上套用壁面抽吸、壁面粗糙等技術對轉捩過程進行控制，探討控制機理，進行控制參數最佳化研究，提出控制方案，以達到推遲該類旁路轉捩的目的。
結題摘要
套用流動顯示、熱線測量、PIV等多種測量技術和分析方法，對圓柱尾跡引起的邊界層旁路轉捩機理及其控制進行了系統的實驗研究，取得了如下主要成果： 1， 發展了多種實驗技術和分析方法：首次將有限時間李雅普諾夫指數方法（FTLE方法）套用於PIV測量流場渦結構的辨識；提出了一種基於POD時間係數的低採樣頻率下類周期流動的相位辨識方法；發明了一種單相機三維PIV流場測量技術等。 2， 流動顯示研究：通過流動顯示，定性觀測尾跡在固壁約束下的運動規律和轉捩邊界層中擬序結構的演化，並研究特徵雷諾數、圓柱—平板流向相對位置和圓柱—平板法向相對位置等參數對邊界層內典型擬序結構的影響。揭示了條帶結構的自繁殖機制。 3， 熱線、PIV定量測量研究：對典型參數組合下的圓柱尾跡影響平板邊界層轉捩過程進行了水槽PIV流場測量，對PIV測量結果進行了分析，得到轉捩過程中流場統計特性的定量信息。運用條件採樣、相關分析、子波分析等技術研究邊界層感受性問題和擾動在邊界層內的增長路徑。 4， 粗糙元控制轉捩研究：實驗研究了利用粗糙元對圓柱尾跡誘導平板邊界層旁路轉捩的控制。結果表明添加表面粗糙元雖然加快了轉捩前期進程，邊但界層轉捩後期大尺度擬序結構的出現受到了抑制，終延緩了整個轉捩過程。 5， 尾跡渦脫落頻率對轉捩影響：通過合成射流改變圓柱尾跡脫落頻率，在其他參數保持不變的情況下研究了渦脫落頻率對轉捩的影響。通過合成射流控制鈍體尾跡的方式可以影響邊界層旁路轉捩的進程，在本實驗條件下，射流頻率的增大，導致擾動開始放大的位置提前，但增長率幾乎不變。
