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平板绕流是流体力学中的经典问题之一,广泛存在于工程应用中,如水力机械、海洋工程、汽车交通、桥梁建筑、航空航天等领域。平板绕流包含了边界层分离、旋涡脱落、尾迹等复杂非定常流动结构,其绕流激励力诱发的振动与噪声对平板结构的稳定性产生较大影响,因此通过平板绕流尾迹控制实现减阻降噪已成为相关工程领域亟需解决的重要问题。后附分流板能有效改变尾迹旋涡脱落形态,改善平板受力特性,降低平板表面激励力,实现平板结构绕流尾迹控制与减阻降噪。因此,在国家自然科学基金“泵内受迫湍流的涡动力学特征及其激励机制”(No:51576090)的资助下,本文以后附分流板平板为研究对象,综合采用试验和数值计算手段,开展不同来流条件、弦厚比等参数下后附分流板平板绕流尾迹研究,以探索后附分流板对平板绕流尾迹结构及受力特性的影响规律,为相关工程领域的流动控制及减阻降噪提供理论支撑。论文主要工作及获得的结论如下:(1)设计并搭建后附分流板平板绕流闭式循环水洞试验台,构建激光多普勒测速仪(Laser Doppler Velocimeter,LDV)和粒子图像测速仪(Particle Image Velocimeter,PIV)光学测试系统,确定测试方案,并提出采用本征正交分解(Proper Orthogonal Decomposition,POD)法识别流场主要相干结构,确定适用于后附分流板平板绕流的测量途径和数据分析方法。(2)为研究后附分流板平板绕流三维旋涡演化结构和受力特性,在对比多种数值计算方法优缺点基础上,选用大涡模拟(Large Eddy Simulation,LES)方法进行数值计算研究。通过平板绕流数值计算结果与文献、光学测量结果对比分析,验证了数值计算方法的适用性与准确性。(3)运用激光多普勒测速仪(LDV),开展了雷诺数(Reyonlds number)Re=0.5×10~4、1×10~4和3×10~4,弦厚比L/D=0~3范围内的后附分流板平板绕流试验研究,获得绕流尾迹时均速度和湍流强度分布规律。研究结果表明:L/D=0时绕流尾迹具有最短的回流区长度,随着L/D的增大,回流区长度逐渐增加,而流向速度和湍流强度逐渐减小。L/D≤2时,尾迹中只存在唯一的特征频率;而L/D>2时,平板尾迹中未形成周期性涡脱,速度频谱中无法捕捉到特征频率。(4)运用粒子图像测速仪(PIV),开展了雷诺数Re=0.5×10~4、Re=1.0×10~4和Re=3.0×10~4,L/D=0~3范围内后附分流板平板绕流尾迹测量,结合快照POD法分解并识别不同条件下绕流尾迹旋涡结构。研究结果表明:L/D≤2.0时卡门涡街为尾迹流场中的主要相干结构,旋涡中心随L/D的增大逐渐向下游移动;L/D>2时,周期性卡门涡街结构基本消失,平板两侧分离剪切层逐渐靠近并再附着于后附分流板表面。(5)基于确定的大涡模拟(LES)方法,开展Re=3.0×10~4时不同L/D下后附分流板平板绕流三维数值计算,对平板尾迹流场、升阻力特性和三维涡结构进行了细致分析,同时基于三维涡结构时间和空间演化规律,构建了绕流尾迹旋涡结构与平板受力间的联系。研究发现:随着L/D的增大,时均阻力系数C_D随着L/D的增大呈持续降低的趋势,而均方根升力系数C_L’随L/D的增大先增加后减小。当L/D≥2.5时,C_L’较原型平板(L/D=0)更小。综合考虑平板尾迹和受力特性,L/D≥2.5的后附分流板对平板尾迹起到较好地抑制效果。