《有限長鈍體尾流與氣動力的雙穩態特性與主動控制》是依託中南大學，由王漢封擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：有限長鈍體尾流與氣動力的雙穩態特性與主動控制
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：王漢封
- 依託單位：中南大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
一端固定於壁面、另一端為自由端的有限長三維鈍體在工程中廣泛存在，其尾流與氣動力特性相對於已得到廣泛研究的二維鈍體存在顯著區別。大多數有限長鈍體繞流存在雙穩態現象，其尾流與氣動力會在兩種典型狀態下表現出截然不同的特性。該現象對結構所受氣動力、結構振動回響、尾流結構與傳熱傳質特性等有重大的影響。本項目擬主要通過風洞實驗並輔以數值模擬的方法，系統研究有限長鈍體的幾何特性（截面形式、端部形狀、高寬比等）、雷諾數、湍流度、壁面邊界條件等主要因素對其尾流與氣動力的影響規律，從雙穩態現象發生機率與非平穩特性的角度建立有限長鈍體尾流與氣動力的科學描述模型。分別在鈍體自由端和展向施加定常（脈衝）狹縫吹/吸氣與合成射流等控制方法對有限長鈍體尾流與氣動力進行主動控制，並最佳化控制參數。探明不同外部擾動下有限長鈍體尾流的發展演化規律，揭示控制機理，建立針對有限長鈍體尾流與氣動力的控制理論。
結題摘要
一端固定於壁面，另一端為自由端的有限長三維柱體在工程中大量存在，如：高層建築、潛艇附體等。由於其幾何特徵和來流邊界層的影響，有限長三維柱體的繞流與氣動力呈現強烈的三維效應，非常複雜。本項目通過風洞試驗和大渦模擬等方法詳細研究了有限長柱體繞流和氣動力特性、影響因素和主動控制方法及其機理，獲得主要成果如下：（1）發現了有限長圓柱氣動力存在特殊雷諾數效應。儘管柱體處於均勻來流中，臨界雷諾數沿高度仍存在顯著差異。越接近自由端，臨界雷諾數越小，即當自由端附近繞流處於臨界或超臨界狀態時，底部仍可能處於亞臨界狀態。（2）闡明了對稱和反對稱渦脫落狀態對有限長方形柱體氣動力的影響規律。當展現渦同步脫落時，升力振幅很小，無明顯周期性，展向相關性較弱；而當展向渦交錯脫落時，升力呈現大幅周期性波動，展向相關性較強。（3）揭示了來流條件對有限長方柱氣動力影響規律和機理。當柱體處於湍流度較高的湍流邊界層中，氣動力（尤其是脈動升力）遠大於其處於均勻來流中的對應值。湍流邊界層中柱體展向渦以反對稱為主，而均勻流中則以對稱為主，這是因為邊界層內較高湍流度的擾動將不穩定的對稱渦轉化為穩定的反對稱渦。（4）發現了有限長方柱繞流中除高卡門渦外，自由端附近存在一低頻運動，其對應著自由端剪下流的上下拍動，頻率約為卡門渦的十分之一。當自由端剪下流擺動至較高位置時，展向渦為對稱脫落，而當其擺動至較低位置時，展向渦為反對稱脫落，這一發現揭示了有限長柱體繞流中的兩種典型狀態相互轉化的機理。（5）提出了自由端前邊緣附近的定常狹縫吸氣控制方法，並詳細研究了吸氣量對其氣動力與渦激振動的影響規律，發現吸氣速度等於來流速度時，控制效果最佳，脈動升力減小約45%，渦激振動基本完全抑制。並將頂部控制方法成功用於近地面類車體氣動阻力的控制，實現12%的減阻。
