為更深入地了解合成雙射流自身的流場(chǎng)特性,開(kāi)展了PIV實(shí)驗(yàn)研究,分析了一個(gè)周期內(nèi)流場(chǎng)渦結(jié)構(gòu)的演化特征,對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了本征正交分解（POD）模態(tài)分析,詳細(xì)分析了各階模態(tài)所表征的流動(dòng)結(jié)構(gòu)、時(shí)間系數(shù)及其頻譜特征。結(jié)果表明,合成雙射流激勵(lì)器的兩個(gè)腔體交替壓縮形成兩股相位差180°、相互卷積吸引的旋渦對(duì),能量效率和工作頻率倍增;前四階POD模態(tài)占據(jù)了流場(chǎng)80.5%的能量,對(duì)應(yīng)的時(shí)間系數(shù)的頻率分別為激勵(lì)器的工作頻率和二階諧頻;POD前兩階橫向模態(tài)呈對(duì)稱(chēng)分布,后兩階呈反對(duì)稱(chēng)分布;而前兩階流向模態(tài)則呈反對(duì)稱(chēng)分布,后兩階呈對(duì)稱(chēng)分布,反映了合成雙射流流場(chǎng)的對(duì)稱(chēng)性特征。 

【文章來(lái)源】：空氣動(dòng)力學(xué)學(xué)報(bào). 2020,38(06)北大核心CSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：8 頁(yè)

【部分圖文】：

合成雙射流激勵(lì)器示意圖與實(shí)物圖

PIV系統(tǒng)主要由激光器、同步控制器、CCD相機(jī)圖像采集卡和系統(tǒng)軟件等組成，如圖2所示[9]。PIV的基本原理是，向流場(chǎng)中均勻播撒粒子，激光器在極短的時(shí)間間隔Δt內(nèi)兩次照亮觀測(cè)區(qū)域，利用粒子對(duì)激光的散射作用，獲取粒子在兩次片光照亮?xí)r的位置信息，同時(shí)采用同步發(fā)生器對(duì)相機(jī)進(jìn)行協(xié)同工作，獲取兩幀流場(chǎng)圖像，采用自相關(guān)算法求得粒子在Δt時(shí)間間隔內(nèi)的位移量，進(jìn)而求得粒子的速度。由于粒子具有很好的跟隨性，且時(shí)間間隔Δt極短，則認(rèn)為得到的粒子速度就是粒子的瞬時(shí)速度，也即流場(chǎng)的速度。本文實(shí)驗(yàn)中采用平均粒徑小于5μm的煙作為示蹤粒子，前人已開(kāi)展相關(guān)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證其具有良好的跟隨性[10]。實(shí)驗(yàn)所用PIV系統(tǒng)由200mJ的雙腔激光器、導(dǎo)光臂、24mmF/2.8鏡頭、分辨率為2456pixel×2058pixel的CCD相機(jī)、同步發(fā)生器等組成。激光器的工作頻率為10 Hz，對(duì)應(yīng)的CCD相機(jī)的拍攝頻率也為10Hz，查問(wèn)區(qū)域的尺寸為32pixel×32pixel，重疊區(qū)域尺寸為16pixel×16pixel。粒子的固有計(jì)算位移誤差為±0.1pixel，圖像與流場(chǎng)之間的放大系數(shù)為0.0964，粒子的位移誤差約為0.01 mm，而跨幀時(shí)間為15μs，則對(duì)應(yīng)的速度測(cè)量不確定度≤0.7m/s。

將激勵(lì)器的一個(gè)工作周期等分為250個(gè)相位點(diǎn)，利用PIV的鎖相控制技術(shù)對(duì)每個(gè)相位點(diǎn)流場(chǎng)進(jìn)行測(cè)試，記錄24對(duì)相關(guān)圖像，采集了6000個(gè)流場(chǎng)樣本，并通過(guò)相位平均得到相應(yīng)各相位的流場(chǎng)結(jié)果。通過(guò)比對(duì)6000個(gè)流場(chǎng)樣本與采用相位平均方法得到的250個(gè)相位平均樣本，發(fā)現(xiàn)得到的POD分解模態(tài)特征基本一致，因此采用250個(gè)等時(shí)間間隔的流場(chǎng)流向速度和橫向速度數(shù)據(jù)進(jìn)行POD模態(tài)分解分析。圖4給出了POD分解各階模態(tài)對(duì)湍動(dòng)能的累積貢獻(xiàn)率，從圖中可以看出，第一階模態(tài)的能量貢獻(xiàn)率占據(jù)大約41%的能量，前兩階累計(jì)達(dá)到了72.7%，前四階的累積貢獻(xiàn)率為80.5%，占據(jù)了大部分的能量，第五階模態(tài)以后的各階模態(tài)貢獻(xiàn)率均較低，表明前四階模態(tài)所表征的是流場(chǎng)中的主要流動(dòng)結(jié)構(gòu)，湍流結(jié)構(gòu)的尺度較大，而高階模態(tài)展現(xiàn)的是更為破碎的小尺度渦結(jié)構(gòu)。圖4 POD模態(tài)累積貢獻(xiàn)率

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Numerical investigation on flow field characteristics of dual synthetic cold/hot jets using POD and DMD methods[J]. Qiang LIU,Zhenbing LUO,Xiong DENG,Lin WANG,Yan ZHOU.  Chinese Journal of Aeronautics. 2020(01)
[2]水下合成雙射流流場(chǎng)特性與推力特性實(shí)驗(yàn)研究[J]. 彭磊,羅振兵,鄧雄,楊升科.  空氣動(dòng)力學(xué)學(xué)報(bào). 2017(02)
[3]合成雙射流及其流動(dòng)控制技術(shù)研究進(jìn)展[J]. 羅振兵,夏智勛,鄧雄,王林,李玉杰,馬瑤,王俊偉,彭磊,蔣浩,楊升科,楊瑞.  空氣動(dòng)力學(xué)學(xué)報(bào). 2017(02)
[4]聲學(xué)整流效應(yīng)的新現(xiàn)象[J]. 明曉,戴昌暉,史勝熙.  力學(xué)學(xué)報(bào). 1992(01)



本文編號(hào)：3372151