圆柱尾流旋涡脱落的激发与抑制

发布时间：2017-03-22 09:14

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【摘要】：柱体尾流旋涡脱落的生成与抑制机理的研究,具有重要的理论意义和研究价值,也是众多数值模拟和实验研究的重要课题。本文主要分为两部分：一是研究高临界雷诺数下圆柱尾流旋涡脱落的激发,通过数值模拟和实验两种方法找到圆柱绕流流场中接近旋涡脱落但是尚未脱离的高临界雷诺数Re=V∞D/v(V∞为流场入口速度,v为流体运动粘性系数)=48.8,对圆柱尾流施加瞬时脉冲喷射扰动,判断脉冲点位置和脉冲速度对圆柱尾流稳定性的影响。二是对波动来流流场中固定圆柱尾流旋涡脱落进行抑制。在第一部分中,在静态圆柱体尾流后方1mm宽狭缝中施加瞬时喷射扰动。通过改变控制参数缝隙位置和喷射速度发现,在下游中存在一个有效区域,在该区域内可以激发出持续时间较长的旋涡脱落。在第二部分中,流场来流速度为U=V∞+V0sin(2πfet),研究的雷诺数Re=V∞D/v=100～200,无量纲振频为0-3.0,来流波动的无量纲幅值为0-0.8,其中V∞是来流平均速度,D为圆柱直径,喷射速度比的范围是Vb/V∞=0-14。可以明显观察到一种非锁频模式和三种锁频模式旋涡脱落。通过在圆柱后方1mm狭缝中施加持续喷射的方法来抑制旋涡脱落。结果表明当喷射速度比Vb/V∞介于最大有效值和最小有效值之间时,可有效抑制旋涡脱落。进而在以feD/V∞为横坐标、以喷射速度比Vb/V∞为纵坐标的坐标系中找出有效抑制区域,研究来流的雷诺数和来流波动幅值变化对有效区域的影响,并探讨了圆柱尾流旋涡脱落抑制的机理。
【关键词】：脉冲扰动 旋涡脱落 激励 抑制 波浪流 圆柱体 尾部喷射
【学位授予单位】：中国计量学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O35
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• abstract7-14
• 1 绪论14-20
• 1.1 选题背景及研究意义14
• 1.2 尾流控制方法简介14-15
• 1.3 研究方法简介15-16
• 1.4 国内外研究现状16-18
• 1.5 本论文研究的内容18-20
• 1.5.1 研究目的18
• 1.5.2 研究内容18
• 1.5.3 创新点18-20
• 2 圆柱尾流旋涡脱落激发的实验研究20-29
• 2.1 实验原理20
• 2.2 实验装置与方法20-22
• 2.3 圆柱尾流稳定性研究的实验研究22-27
• 2.3.1 流动稳定性及临界雷诺数22-23
• 2.3.2 旋涡脱落的激发23-27
• 2.4 小结27-29
• 3 圆柱尾流旋涡脱落激发的数值模拟结果及分析29-38
• 3.1 仿真结果30-35
• 3.1.1 临界雷诺数的确定30-31
• 3.1.2 喷口位置与脉冲扰动强度31-35
• 3.2 绝对不稳定区域与对流不稳定区域的范围35-36
• 3.3 数值模拟结果分析36-37
• 3.4 结果与讨论37-38
• 4 波动来流中圆柱尾流旋涡模式研究与分析38-53
• 4.1 流体运动基本方程39
• 4.2 数值模拟计算方法39-40
• 4.3 圆柱绕流流场表征参数40-42
• 4.4 边界条件42
• 4.5 无关性验证42-46
• 4.6 旋涡脱落模式分类46-49
• 4.7 涡脱落模式分区49-53
• 5 喷射方法对波动来流旋涡脱落的抑制53-81
• 5.1 定常来流下旋涡脱落的抑制53-59
• 5.2 非锁频区旋涡脱落的抑制59-66
• 5.3 谐波锁频区旋涡脱落的抑制66-69
• 5.4 锁频区旋涡脱落的抑制69-71
• 5.5 亚谐波锁频区旋涡脱落的抑制71-77
• 5.6 各雷诺数下有效抑制区域77-79
• 5.7 分析与讨论79
• 5.8 小结79-81
• 6 结论与展望81-83
• 6.1 主要工作和结论81-82
• 6.2 研究中存在的问题和不足82
• 6.3 进一步展望82-83
• 参考文献83-87
• 作者简介87

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本文编号：261265