本文關鍵詞：熱激勵器用于高速平面剪切流和圓管射流的流動控制機理研究

  更多相關文章： 等離子熱激勵器 平面剪切流 超音速圓管射流 大渦模擬 主動流動控制

【摘要】：主動流動控制技術已成為提升高速飛行器飛行性能的重要手段之一,其在改善增強流動摻混、降低流動噪聲方面的應用成果頗豐。本文采用大渦模擬方法研究了熱激勵器用于高速、高雷諾數(shù)的平面剪切流和圓管自由射流的主動控制機理;掌握應用熱激勵器增強剪切層混合和抑制噪聲的規(guī)律,考察熱激勵器激勵強度、激勵方式和熱激勵器位置的影響。具體研究內(nèi)容包括以下幾個方面:(1)采用大渦模擬方法研究了馬赫1.3剪切流動。通過分析時均流場和瞬時流場的速度、壓力分布和對流動的頻譜分析,發(fā)現(xiàn)在二維數(shù)值模擬中,隨著流動向下游發(fā)展,壓力勢能轉(zhuǎn)化為渦的動能,同時壓力的波動頻率降低,波動強度增大。利用三維模型分析了剪切層內(nèi)各渦量分量和湍動能的分布特性,發(fā)現(xiàn)剪切層頭部區(qū)域主要以展向渦量為主,形成沿展向連續(xù)的條狀渦結(jié)構(gòu);剪切層內(nèi)流向渦量的發(fā)展導致了條狀渦結(jié)構(gòu)的失穩(wěn),是發(fā)夾渦結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的主要誘因之一。(2)采用大渦模擬方法研究了不同激勵方式對馬赫1.3自由剪切流動的影響。在二維數(shù)值模擬中,研究了定常激勵幅值和非定常激勵頻率對流動的影響,研究發(fā)現(xiàn)定常激勵的功率越大,壓力波動的主頻越高,而主頻下的幅值卻越低;非定常激勵作用同樣使壓力波動主頻升高,主頻峰值降低;在激勵頻率較低的工況中,出現(xiàn)了頻率更高、幅值更低的多個峰值。在三維剪切流動的模擬中,采用了脈沖式的激勵方式,從激勵幅值、激勵頻率和占空比這三個角度研究了激勵對大渦結(jié)構(gòu)的影響,研究發(fā)現(xiàn)在激勵作用下,剪切層厚度、平均湍動能和平均渦量值的增長均快于基準態(tài),提高激勵幅值能得到更大的速度和壓力波動的峰值;當熱激勵器的激勵幅值和占空比足夠大時,其激勵作用對流場的影響會有質(zhì)的改變;從頻譜分析中發(fā)現(xiàn),盡管激勵頻率遠低于剪切流動本身的波動頻率,激勵作用還是有效地抑制了剪切流動的高頻波動。(3)采用大渦模擬方法對馬赫1.3二維軸對稱射流和三維圓管射流進行了數(shù)值模擬。在二維數(shù)值模擬中,發(fā)現(xiàn)軸線上的壓力波動是由剪切層內(nèi)渦的卷吸作用引起的,其壓力波動頻率較低;而剪切層內(nèi)的壓力波動受渦結(jié)構(gòu)的運動和剪切應力共同影響,波動頻帶較寬。研究三維射流流場分布特點和射流剪切層內(nèi)的速度波動,發(fā)現(xiàn)流向渦量的產(chǎn)生促進了動量在空間的傳遞,促使剪切層增厚,壓力波動范圍增大。(4)采用大渦模擬方法研究了不同激勵模式對馬赫1.3超音速圓管自由射流渦結(jié)構(gòu)的影響,分別采用二維軸對稱和三維模型探究了激勵幅值和激勵頻率的影響,分析了空間上不同激勵模式對三維射流大渦結(jié)構(gòu)的控制機理。結(jié)果表明:對于軸對稱射流,激勵頻率越高,渦脫落發(fā)生地越早,其生成速度也就越快。在三維射流的數(shù)值模擬中,分析了m=+-1模式和m=+-4模式下的近場流場和遠場聲場的特征。熱激勵器形成的高溫流體區(qū)域?qū)ο掠瘟鲃赢a(chǎn)生了類似“物理突起”的效果,在其附近形成的高渦量區(qū)域加速了射流剪切層的發(fā)展,增強了射流摻混;采用Q判據(jù)得到射流大渦結(jié)構(gòu)的分布,發(fā)現(xiàn)激勵作用能產(chǎn)生更大的徑向速度和周向速度波動,促進發(fā)卡渦的形成;不同激勵模式形成了不同的大渦結(jié)構(gòu)和氣動噪聲頻譜分布,超音速射流的氣動噪聲頻帶很寬,激勵作用在一定程度上改變了噪聲頻譜特性,有效地抑制了氣動噪聲的高頻成分。
【關鍵詞】：等離子熱激勵器 平面剪切流 超音速圓管射流 大渦模擬 主動流動控制
【學位授予單位】：西北工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：V211
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 第一章 緒論12-22
• 1.1 湍流簡介12-13
• 1.2 可壓縮湍流的研究背景與現(xiàn)狀13-14
• 1.3 流動控制技術的研究背景與現(xiàn)狀14-17
• 1.3.1 脈沖射流激勵器15-16
• 1.3.2 介質(zhì)阻擋放電等離子激勵器16
• 1.3.3 直流放電等離子體激勵器16-17
• 1.4 剪切流流動特性的研究近況17-18
• 1.5 高速圓管射流流動特性的研究近況18-20
• 1.6 本文主要工作20-22
• 第二章 可壓縮湍流數(shù)值模擬方法22-30
• 2.1 RANS方法22
• 2.2 大渦模擬方法（LES）22-25
• 2.3 空間離散格式25-28
• 2.3.1 WENO格式25-26
• 2.3.2 中心格式和人工粘性26-27
• 2.3.3 緊致格式27
• 2.3.4 Roe的通量差分分裂格式27-28
• 2.4 氣動噪聲計算28-29
• 2.5 小結(jié)29-30
• 第三章 高速剪切流動的數(shù)值模擬30-46
• 3.1 二維剪切流動的數(shù)值模擬30-38
• 3.1.1 流動問題描述30
• 3.1.2 數(shù)值方法30-31
• 3.1.3 初始條件和邊界條件31-32
• 3.1.4 網(wǎng)格設置與相關性分析32-34
• 3.1.5 結(jié)果及分析34-38
• 3.2 三維剪切流動的數(shù)值模擬38-45
• 3.2.1 網(wǎng)格與邊界設置38-40
• 3.2.2 流場結(jié)果分析40-45
• 3.3 小結(jié)45-46
• 第四章 熱激勵器對高速剪切流的影響機理46-86
• 4.1 數(shù)值模擬熱激勵器對二維平面剪切流的影響46-55
• 4.1.1 流動問題描述46-47
• 4.1.2 定常激勵對流動的影響47-52
• 4.1.3 不同激勵頻率對流動的影響52-55
• 4.2 數(shù)值模擬熱激勵器對三維平面剪切流的影響55-84
• 4.2.1 流動問題描述55-56
• 4.2.2 激勵幅值對流動的影響56-69
• 4.2.3 激勵頻率對流動的影響69-75
• 4.2.4 占空比對流動的影響75-81
• 4.2.5 不同工況下的頻譜分析81-84
• 4.3 小結(jié)84-86
• 第五章 超音速自由射流的數(shù)值模擬86-102
• 5.1 二維超音速軸對稱自由射流的數(shù)值模擬86-97
• 5.1.1 流動問題描述86
• 5.1.2 數(shù)值方法86-87
• 5.1.3 初始條件和邊界條件87
• 5.1.4 網(wǎng)格設置與相關性分析87-89
• 5.1.5 凹槽對流動的影響89-92
• 5.1.6 聲場特性與渦運動的聯(lián)系92-94
• 5.1.7 自由射流的頻譜分析94-97
• 5.2 三維超音速自由射流的數(shù)值模擬97-101
• 5.2.1 流動問題描述97-99
• 5.2.2 計算結(jié)果及分析99-101
• 5.3 小結(jié)101-102
• 第六章 熱激勵器對超音速自由射流的影響機理102-128
• 6.1 激勵作用下二維軸對稱射流的數(shù)值模擬102-111
• 6.1.1 流動問題描述102
• 6.1.2 定常激勵功率對流動的影響102-105
• 6.1.3 非定常激勵頻率對射流不同區(qū)段的影響105-111
• 6.2 激勵作用下三維超音速圓管自由射流的數(shù)值模擬111-125
• 6.2.1 流動問題描述111-112
• 6.2.2 m=+-1 模式下的流場112-117
• 6.2.3 m=+-4 模式下的流場117-120
• 6.2.4 流場頻譜分析與噪聲120-125
• 6.3 小結(jié)125-128
• 第七章 總結(jié)與展望128-132
• 7.1 本文主要工作和結(jié)論128-129
• 7.2 本文的創(chuàng)新點129
• 7.3 工作展望129-132
• 參考文獻132-140
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的學術論文和參加科研情況140-142
• 致謝142-143

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中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 宋慧敏;張明蓮;賈敏;吳云;梁華;;對稱布局等離子體氣動激勵器的放電特性與加速效應[J];高電壓技術;2011年06期

2 ，

本文編號：1121520