本文關(guān)鍵詞：邊界層流動(dòng)控制的數(shù)值模擬與DPIV實(shí)驗(yàn)研究

  更多相關(guān)文章： 動(dòng)波壁圓柱 渦激振動(dòng) 波動(dòng)減阻 CFD DPIV

【摘要】：本論文跟蹤了國(guó)內(nèi)外關(guān)于流動(dòng)控制問(wèn)題的最新研究動(dòng)向，對(duì)本領(lǐng)域內(nèi)的研究方法和進(jìn)展進(jìn)行了綜述和分析。以動(dòng)波壁為研究對(duì)象，將其應(yīng)用于流體力學(xué)中的經(jīng)典問(wèn)題：圓柱繞流及其流動(dòng)控制方法研究。在對(duì)計(jì)算流體力學(xué)及圓柱繞流理論知識(shí)深入了解的基礎(chǔ)上，通過(guò)數(shù)值模擬及數(shù)字粒子圖像測(cè)速系統(tǒng)(DPIV)實(shí)驗(yàn)兩種途徑對(duì)動(dòng)波壁圓柱開(kāi)展研究，比較動(dòng)波壁圓柱與光滑圓柱的尾流場(chǎng)及受力情況的差異，并討論了不同來(lái)流速度及動(dòng)波壁波速對(duì)圓柱尾流場(chǎng)的影響。論文的主要工作及成果如下： 1)較為全面地回顧和分析了國(guó)內(nèi)外研究流動(dòng)控制問(wèn)題的動(dòng)態(tài)和進(jìn)展，分析比較了不同控制方法的差異，分析了目前研究成果中存在的不足及待深入研究的問(wèn)題。 2)建立二維的動(dòng)波壁圓柱計(jì)算模型，通過(guò)計(jì)算流體力學(xué)軟件Fluent動(dòng)態(tài)鏈接C語(yǔ)言自編的UDF程序來(lái)實(shí)現(xiàn)動(dòng)波壁的數(shù)值模擬，開(kāi)展了Re=500及Re=12500時(shí)不同動(dòng)波壁波動(dòng)速度下圓柱的尾流場(chǎng)及受力情況的研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)圓柱尾流場(chǎng)中軸線(xiàn)上的流體速度隨著動(dòng)波壁波速的增加而增大，阻力隨著波動(dòng)速度增加而減小。Re=500時(shí)，波速達(dá)到4倍來(lái)流速度，尾流場(chǎng)的渦街完全消失，超過(guò)5倍來(lái)流速度后阻力為負(fù)值。Re=12500時(shí)，波速達(dá)到1倍來(lái)流速度后，渦街完全消失，超過(guò)2倍來(lái)流速度后阻力為負(fù)值。兩種雷諾數(shù)下圓柱的升力及阻力曲線(xiàn)都出現(xiàn)不規(guī)則高頻振蕩現(xiàn)象。 3)建立了三維動(dòng)波壁圓柱計(jì)算模型，開(kāi)展了Re=12500時(shí)不同波動(dòng)速度對(duì)圓柱繞流尾流場(chǎng)及受力情況的研究，其現(xiàn)象與同雷諾數(shù)下二維數(shù)值模擬的結(jié)果基本一致，不同之處在于升力曲線(xiàn)并沒(méi)有出現(xiàn)高頻振蕩，只是穩(wěn)定在零值附近，而阻力曲線(xiàn)出現(xiàn)震蕩，幅值隨波速增加而加大，震蕩頻率與波動(dòng)頻率一致。 4)根據(jù)數(shù)值模擬計(jì)算模型，利用CAD及Solidworks軟件設(shè)計(jì)了動(dòng)波壁圓柱實(shí)驗(yàn)裝置，加工制作了動(dòng)波壁實(shí)驗(yàn)裝置，并通過(guò)編譯VB程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)動(dòng)波壁波動(dòng)速度的控制。 5)利用DPIV系統(tǒng)，在小型試驗(yàn)水槽中進(jìn)行了動(dòng)波壁圓柱尾流場(chǎng)的測(cè)試，在雷諾數(shù)Re=12500，來(lái)流速度u=0.125m/s的情況下，，對(duì)動(dòng)波壁波動(dòng)速度w=0(光滑圓柱)、0.0625、0.125、0.1875m/s等十二種工況進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，觀(guān)察其尾流場(chǎng)與光滑圓柱尾流場(chǎng)的區(qū)別，發(fā)現(xiàn)動(dòng)波壁提高了尾流場(chǎng)流體的速度，并減弱了交替脫落的尾渦，從實(shí)驗(yàn)角度證明了動(dòng)波壁抑制渦激振動(dòng)的效果。
【關(guān)鍵詞】：動(dòng)波壁圓柱 渦激振動(dòng) 波動(dòng)減阻 CFD DPIV
【學(xué)位授予單位】：江蘇科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類(lèi)號(hào)】：U661.1
【目錄】：

• 摘要6-7
• Abstract7-15
• 第1章 緒論15-27
• 1.1 研究背景及意義15-16
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)16-23
• 1.2.1 渦流發(fā)生器16-18
• 1.2.2 射流注入18
• 1.2.3 零質(zhì)量射流18-20
• 1.2.4 附面層抽吸20-21
• 1.2.5 等離子體21
• 1.2.6 動(dòng)波壁21-23
• 1.3 PIV 技術(shù)在流場(chǎng)測(cè)試中的應(yīng)用23-24
• 1.4 本文主要研究?jī)?nèi)容24-25
• 1.5 本章小結(jié)25-27
• 第2章 渦激振動(dòng)及 CFD 基本知識(shí)27-39
• 2.1 引言27
• 2.2 圓柱繞流漩渦的形成及發(fā)放過(guò)程27-29
• 2.3 渦激振動(dòng)相關(guān)參數(shù)29-32
• 2.4 數(shù)值模擬與計(jì)算方法32-38
• 2.4.1 控制方程32-33
• 2.4.2 數(shù)值離散方法33-35
• 2.4.3 離散方程的求解35-36
• 2.4.4 湍流模型36
• 2.4.5 動(dòng)網(wǎng)格處理技術(shù)36-38
• 2.5 本章小結(jié)38-39
• 第3章 動(dòng)波壁圓柱的數(shù)值模擬研究39-67
• 3.1 引言39
• 3.2 二維低雷諾數(shù)動(dòng)波壁圓柱繞流39-49
• 3.2.1 基本方程39-40
• 3.2.2 計(jì)算模型40-41
• 3.2.3 動(dòng)波壁運(yùn)動(dòng)控制方程41-42
• 3.2.4 計(jì)算工況42
• 3.2.5 計(jì)算結(jié)果及分析42-49
• 3.3 二維亞臨界區(qū)雷諾數(shù)動(dòng)波壁圓柱繞流49-57
• 3.3.1 計(jì)算工況50
• 3.3.2 計(jì)算結(jié)果及分析50-57
• 3.4 三維動(dòng)波壁圓柱繞流57-66
• 3.4.1 計(jì)算模型57-59
• 3.4.2 計(jì)算工況59
• 3.4.3 計(jì)算結(jié)果及分析59-66
• 3.5 本章小結(jié)66-67
• 第4章 動(dòng)波壁圓柱實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)與制作67-89
• 4.1 引言67
• 4.2 波動(dòng)壁圓柱裝置設(shè)計(jì)67-79
• 4.2.1 總體設(shè)計(jì)67-68
• 4.2.2 壁面波動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)68-71
• 4.2.3 凸輪設(shè)計(jì)71-73
• 4.2.4 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)73-74
• 4.2.5 圓桶設(shè)計(jì)74-77
• 4.2.6 凸輪與頂桿壓力角計(jì)算77-79
• 4.3 實(shí)驗(yàn)裝置三維建模及制作79-82
• 4.3.1 圓桶模型的建立及制作79-80
• 4.3.2 頂桿三維模型及制作80
• 4.3.3 傳動(dòng)系統(tǒng)三維模型及制作80-81
• 4.3.4 裝置總體三維模型及制作81-82
• 4.4 波浪壁波動(dòng)速度的控制82-87
• 4.4.1 驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選取82-84
• 4.4.2 驅(qū)動(dòng)電機(jī)的控制84-87
• 4.5 本章小結(jié)87-89
• 第5章 動(dòng)波壁圓柱繞流的 DPIV 實(shí)驗(yàn)研究89-105
• 5.1 引言89
• 5.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備89-92
• 5.2.1 循環(huán)水槽系統(tǒng)89-90
• 5.2.2 拍攝及照明系統(tǒng)90-91
• 5.2.3 圖像處理系統(tǒng)91-92
• 5.3 DPIV 系統(tǒng)測(cè)速原理92-95
• 5.3.1 圖像采集原理92-93
• 5.3.2 圖像處理原理93-95
• 5.4 Insight 3G 參數(shù)設(shè)置95-96
• 5.5 DPIV 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析96-102
• 5.5.1 實(shí)驗(yàn)裝置布置96-97
• 5.5.2 實(shí)驗(yàn)工況97-98
• 5.5.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果98-100
• 5.5.4 結(jié)果分析100-102
• 5.6 實(shí)驗(yàn)中的不足及誤差分析102-103
• 5.7 本章小結(jié)103-105
• 第6章 總結(jié)與展望105-107
• 6.1 主要結(jié)論105-106
• 6.2 研究展望106-107
• 參考文獻(xiàn)107-111
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文111-113
• 致謝113

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：832637