邊界層流動(dòng)控制的數(shù)值模擬與DPIV實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、本論文跟蹤了國內(nèi)外關(guān)于流動(dòng)控制問題的最新研究動(dòng)向，對本領(lǐng)域內(nèi)的研究方法和進(jìn)展進(jìn)行了綜述和分析。以動(dòng)波壁為研究對象，將其應(yīng)用于流體力學(xué)中的經(jīng)典問題：圓柱繞流及其流動(dòng)控制方法研究。在對計(jì)算流體力學(xué)及圓柱繞流理論知識(shí)深入了解的基礎(chǔ)上，通過數(shù)值模擬及數(shù)字粒子圖像測速系統(tǒng)(DPIV)實(shí)驗(yàn)兩種途徑對動(dòng)波壁圓柱開展研究，比較動(dòng)波壁圓柱與光滑圓柱的尾流場及受力情況的差異，并討論了不同來流速度及動(dòng)波壁波速對圓柱尾流場的影響。論文的主要工作及成果如下：

2、r>　　1)較為全面地回顧和分析了國內(nèi)外研究流動(dòng)控制問題的動(dòng)態(tài)和進(jìn)展，分析比較了不同控制方法的差異，分析了目前研究成果中存在的不足及待深入研究的問題。
　　2)建立二維的動(dòng)波壁圓柱計(jì)算模型，通過計(jì)算流體力學(xué)軟件Fluent動(dòng)態(tài)鏈接C語言自編的UDF程序來實(shí)現(xiàn)動(dòng)波壁的數(shù)值模擬，開展了Re=500及Re=12500時(shí)不同動(dòng)波壁波動(dòng)速度下圓柱的尾流場及受力情況的研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)圓柱尾流場中軸線上的流體速度隨著動(dòng)波壁波速的增加而增大，阻力隨

3、著波動(dòng)速度增加而減小。Re=500時(shí)，波速達(dá)到4倍來流速度，尾流場的渦街完全消失，超過5倍來流速度后阻力為負(fù)值。Re=12500時(shí)，波速達(dá)到1倍來流速度后，渦街完全消失，超過2倍來流速度后阻力為負(fù)值。兩種雷諾數(shù)下圓柱的升力及阻力曲線都出現(xiàn)不規(guī)則高頻振蕩現(xiàn)象。
　　3)建立了三維動(dòng)波壁圓柱計(jì)算模型，開展了 Re=12500時(shí)不同波動(dòng)速度對圓柱繞流尾流場及受力情況的研究，其現(xiàn)象與同雷諾數(shù)下二維數(shù)值模擬的結(jié)果基本一致，不同之處在于升力曲

4、線并沒有出現(xiàn)高頻振蕩，只是穩(wěn)定在零值附近，而阻力曲線出現(xiàn)震蕩，幅值隨波速增加而加大，震蕩頻率與波動(dòng)頻率一致。
　　4)根據(jù)數(shù)值模擬計(jì)算模型，利用CAD及So lid work s軟件設(shè)計(jì)了動(dòng)波壁圓柱實(shí)驗(yàn)裝置，加工制作了動(dòng)波壁實(shí)驗(yàn)裝置，并通過編譯VB程序?qū)崿F(xiàn)對動(dòng)波壁波動(dòng)速度的控制。
　　5)利用DPIV系統(tǒng)，在小型試驗(yàn)水槽中進(jìn)行了動(dòng)波壁圓柱尾流場的測試，在雷諾數(shù) Re=12500，來流速度u=0.125 m/s的情況下，對動(dòng)波