電漿湍流減阻機理的耦合計算及實驗研究

《電漿湍流減阻機理的耦合計算及實驗研究》是依託哈爾濱工業大學，由劉華坪擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：電漿湍流減阻機理的耦合計算及實驗研究
• 依託單位：哈爾濱工業大學
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：劉華坪

項目摘要

採用數值模擬與實驗測量相結合的方法，進行DBD電漿湍流減阻機理研究。基於介質擊穿過程的流體模型和湍流LES模擬方法，研究二者的耦合計算方法。針對Re=10000-100000的平板湍流邊界層，研究電漿激勵對湍流邊界層條帶和渦結構形態、噴射和下掃猝發過程、湍動能和雷諾應力等參數的影響，分析電漿參數（帶電粒子、電場強度、電場力及焦耳熱的空間分布）對流場參數（局部流動速度、渦量、渦結構等）的作用機制，較全面揭示電漿湍流減阻機理。針對不同速度和湍流度的來流條件，考察不同激勵參數下（電壓、電極布置方式等）近壁區湍流擬序結構、噴射和下掃、湍動能、雷諾應力等參數的變化規律，得到流場變化與激勵參數間的回響關係和機制，為該技術的套用奠定基礎。

結題摘要

項目以電漿控制附面層流動和湍流減阻為研究對象，進行DBD電漿流動控制機理研究。基於介質擊穿過程的流體模型和湍流LES模擬方法，研究二者的耦合計算方法。針對不同流動條件下的平板湍流附面層和凸包分離流動，研究電漿激勵對條帶和渦結構形態、湍動能和雷諾應力等參數的影響，分析其作用機制，較全面揭示電漿對湍流附面層流動的影響機理。通過體積力向流體注入動量產生的射流，相同來流條件下，電壓越大，射流核心區的速度也越大，且高速區更為集中，而較小的激勵電壓使得射流更容易受周圍流體的摻混作用以及壁面摩擦而耗散和衰減；來流越大，射流速度越大，但其相對主流的速度增量則越小，即對周圍流體的作用也相對減小。採用非定常激勵產生的正負渦量對周圍流體周期性的卷吸-推移作用，可有效提高射流與周圍流體的能量摻混；激勵頻率較低時，射流強度的衰減更快，寬度更寬，高速核心區更加遠離壁面區域，而且激勵區的湍流脈動更為顯著，提高激勵頻率可以減小局部湍動能。沿展向分布的體積力可以在下游產生交替出現的高低速條帶區，對應的摩擦阻力增加和減小區域交替出現，但總阻力減小不大；存在一最佳激勵頻率，使得有效作用區域的減阻效果最大；採用傾斜逆來流方向安裝電極，可有效降低平板總阻力；當角度大於20°時，出現了較為明顯的減阻效應，且角度越大，效果越明顯；當角度為70°時，可到達13%減阻效果；而後最大減阻量隨角度增加變化減小；增大電漿作用區貼近壁面沿平行壁面方向的作用範圍，減阻效果增強；而採用多排激勵器串列布置的方式可大幅增強其減阻效果，間距較小時，兩排電漿激勵區的作用效果產生融合，減阻呈單峰值特性，其峰值最大；而間距增加後，當上游激勵產生的減阻作用衰減後，下游電漿區可有效的產生二次減阻效應；在一定距離範圍內，總的減阻量隨激勵器排數的增多而增大，本項目中最大阻力減小可達50%。