旋转振荡板尾流的控制研究

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桥跨结构发生颤振时漩涡尾流可由二维强迫旋转振荡板绕流进行模拟。在弦厚比B/H=5的振荡板两侧对称地放置两个宽度比均为b/H=0.32的窄条,对尾流的锁频漩涡脱落进行控制。首先采用烟线实验和热线实验方法,对漩涡场、尾流平均和脉动速度,进行研究。研究的振幅范围β=0~10°,振频范围feH/V∞=0~0.0857,雷诺数Re=V∞H/v=2800。窄条控制件水平位置分为板的前缘、中央和尾缘三种。接着通过数值模拟在相同条件下进行研究,经对比发现实验结果与数值模拟结果相似度较高,认为数值模拟是可靠的。然后通过数值模拟固定中央位置,改变窄条横向坐标y/H,对板所受扭转力矩和升力进行研究。根据实验结果,当窄条位置y/H在一定范围,振幅β=0~7.5°,振频feH/V∞=0~0.08时,有控制和无控制尾流脉动速度功率谱主峰比远低于1,最低可达0.3左右。根据数值模拟结果,当中央控制件位于y/H=1附近时,在振幅β=0~7.5°,和一定频率范围内,脉动扭转力矩均方根和升力均方根都有大幅下降,最多可分别降低43%和80%。最后引入第一和第二涡粘系数,将尾流无规则脉动形成的湍流法向和切向应力,分别与扰动速度幅值的拉伸和剪切变形率相联系,得到线性稳定性方程。稳定性分析表明,施加控制后,最大扰动放大因子ωimax大幅降低,扰动增长的频率范围显著收窄。窄条改变尾流速度剖面形状并增大湍流涡粘系数,从而减弱尾流的不稳定性。
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