【摘 要】
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钝体受到的气动压差阻力(即型阻)与其尾部的分离剪切层流动状态紧密相关。有效地控制钝体尾部的分离剪切层能够降低型阻。我们以D型钝体绕流为研究对象,采用安置在钝体尾部上、
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钝体受到的气动压差阻力(即型阻)与其尾部的分离剪切层流动状态紧密相关。有效地控制钝体尾部的分离剪切层能够降低型阻。我们以D型钝体绕流为研究对象,采用安置在钝体尾部上、下拐角处的零质量射流(与来流方向成45°夹角)作为激励,对钝体尾部的分离剪切层进行扰动。实验在大连理工大学航空航天学院空气动力实验室一台直流式风洞中进行,在基于来流速度和模型高度的固定雷诺数ReH=47000下,研究了激励器以不同激励强度cμ和频率StA扰动时,D型体阻力的变化情况。当上、下侧的零质量射流速度同相位变化,且激励频率小于自然涡脱频率的时候,阻力下降,尤其在StA=0.16,即2/3St0时,阻力下降约5%(St0为无激励时自然涡脱频率)。而当同相激励频率接近涡脱频率时,激励在较小的强度下(cμ<0.4%)引起了一定幅度的阻力的增加,较大激励强度下阻力没有明显变化。反相激励时,钝体阻力增加明显,在自然涡脱频率附近,钝体阻力增加尤其显著,增加超20%。实验使用了烟线流动显示技术对D型体尾流的流动结构的变化进行了定性观察,发现对于上、下侧的零质量射流速度同相位变化且激励频率StA=2/3St0,交替脱离的漩涡受到抑制,趋向于对称脱落,尾涡得的稳定性得到加强,从而阻力降低。而反向激励时,交替脱离的漩涡得到加强,影响区域也较广,并且在自然涡脱频率附近,这种趋势最为明显。实验中使用15根一排的单丝热线在D型体的尾流竖直方向-1.5+1.5 H范围内对空间各点的瞬时速度同时测量(H为D型体高度),应用POD方法识别流动模态,分析零质量射流对阻力影响的机理,发现在StA=0.16的同相激励下,尾流最主要的运动模态是关于模型中心的对称流动,其次是反对称的流动,这与无激励的流动恰好相反,说明以StA=0.16的同相激励为代表的激励模式加强了分离剪切层的对称性,抑制了交替涡脱的形成,从而减小了阻力。而反相激励时的运动模式与无激励时相同,但各阶运动模式的强度得到加强,交替涡脱被极大地激发,导致阻力比较大的增加。
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