等离子体诱导吹气和吸气的湍流边界层的减阻控制研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:anruixiang
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对于运动的飞机、高铁、轮船等,其表面产生的湍流边界层是表面摩擦阻力的主要来源,因此,湍流的减阻控制一直是流体力学及相关工程领域的重要课题,而摩擦阻力与湍流边界层的相干结构有着密切的联系,因此,有效控制湍流边界层的相干结构是降低摩擦阻力的有效途径。本文利用介质阻挡放电(DBD)等离子体诱导吹气、吸气进行湍流边界层的减阻研究,以获得最佳的减阻率以及相应的控制机理,主要采用了吹气、吸气以及吹气与吸气组合的控制方案进行了湍流边界层的减阻研究。本实验在风洞中进行,Reθ=1450。利用浮动面(FE)测力天平,对激励器狭缝下游280mm×100 mm的区域进行了平均减阻量的测量。为了更加细致地研究该控制方案的控制区域与局部减阻量,应用热线风速仪在距激励器狭缝下游10 mm处测量控制前后的垂直壁面的平均流向速度曲线,并以线性区的速度梯度计算各控制方案下的局部减阻率以及恢复区;之后,利用烟线流动显示技术在距离壁面y+=17处研究与壁面平行的平面内的流体结构的改变。实验研究结果表明,吹气以及吹气与吸气组合的方案具有较好的减阻效果,而在吸气强度系数小于0.017时,吸气具有增阻效果。目前,在吹气强度系数为0.0379(激励电压E=12 kVp-p),激励频率f=2 kHz,吹气与吹气组合方案,最大的局部减阻量58%,由测力天平测得最大的平均减阻量为31%,阻力在x+=933恢复;而吹气与吸气的组合方案,当吹气与吸气比率为2.25时,最大的局部减阻量为57%,由测力天平测得最大的平均减阻量为28%,阻力在x+=1266恢复。此外,经过对增加测力平板的面积、减少测力平板的厚度、增设密封箱充气平衡压差等方面进行了改善,稳定性与准确性均有所提高,与热线测量结果对比,误差小于4%。流显结果表明,吸气能够将近壁区的条带结构拉近壁面,增强了与壁面的相互作用,因此,吸气狭缝附近的壁面摩擦阻力会增加;其次,双吹气控制方案使近壁区的条带结构被抬升及形成小尺度的结构,减少了与壁面的相互作用,进而减少壁面摩擦阻力;最后,吹气与吸气组合控制方案,吹气抬升了条带结构,而吹气下游的吸气将近壁区的条带结构拉近壁面,形成了一种“波浪形”的结构,并且条带间的间距减小,从而低速条带被稳定,因此,减阻恢复区增长,壁面摩擦阻力也会降低。
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