本文關鍵詞：振動壁面流動控制方法的數(shù)值研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：近年來隨著航空器研制的需要和流動控制技術本身的進步,人們越來越注重在各種內(nèi)流、外流航空流體機械中發(fā)展和利用流動控制技術。壁面振動流動控制方法因為其相對于已出現(xiàn)的周期性吹吸氣、合成射流等對附面層注入動量的控制方法,具有無外接氣路、結(jié)構(gòu)重量輕、控制分離潛力大等優(yōu)點從而越來越受到人們的青睞。本文基于振動壁面流動控制方法的數(shù)值模擬,引入了離散數(shù)據(jù)的李雅普諾夫指數(shù)分析方法和本征正交分解分析方法,開展了非定常激勵控制擴壓通道流動分離的研究工作,主要工作有:1、采用大渦模擬數(shù)值方法模擬擴壓通道中的流動分離問題,并且在分離點附近安置一段振動邊界,采用動網(wǎng)格技術模擬壁面的振動過程,動網(wǎng)格采用彈簧光順模型,并且和流場聯(lián)合求解,模擬了振動壁面與流場中渦系結(jié)構(gòu)相互作用的過程,得到了該作用下擴壓通道內(nèi)的流場結(jié)構(gòu)。2、由于大尺度擴壓通道內(nèi)非定常流動結(jié)構(gòu)復雜,以至于難以直接分析,本文引入了本征正交分解方法(POD)來分析非定常流場,利用POD方法將通道內(nèi)不同尺度的渦系結(jié)構(gòu)剝離開單獨分析,從而有針對性的研究對分離起主要作用的大尺度渦系結(jié)構(gòu)。3、數(shù)值模擬了無控流場通道內(nèi)的內(nèi)流特性,并且采用POD方法對其結(jié)果進行了研究,結(jié)果表明:一階模態(tài)與其他各階模態(tài)有著本質(zhì)上的區(qū)別,比其他各階模態(tài)起碼高了一個數(shù)量級;二、三階模態(tài)反映了通道中的大尺度脈動結(jié)構(gòu),其周期性也與主要分離渦較為接近;流場中的能量主要集中在低階模態(tài)中,通過對低階模態(tài)的分析就能有針對性的研究擴壓通道流場的流動特性。4、研究了頻率對流動控制效果的影響,在振動頻率接近分離渦主頻時,流場主頻的幅值遠大于無控情況,該控制下流場的頻譜特性有了明顯的改善。POD分解后,對能譜的研究表明,合理的振動頻率能夠使分離渦的能量向平均流能量轉(zhuǎn)移,從整體上削弱了高階模態(tài)所占的能量,壓制了通道內(nèi)高階模態(tài)對應的復雜流動結(jié)構(gòu),以達到抑制流動分離的目的。5、研究了不同振幅對流場結(jié)構(gòu)的影響,隨著振幅變大,通道內(nèi)的相對總壓損失系數(shù)先降低后增大,表明振幅存在一個最佳值使流場的總壓損失最小。對不同振幅下流場POD分解后的結(jié)果表明過大的振幅雖然會起到削弱高階模態(tài)的作用,但是同樣會擾亂平均流,促使一部分平均流的能量轉(zhuǎn)化為脈動能量。6、引入混沌學中的Lyapunov指數(shù)來分析非定常流場。通過Takens延遲嵌入定理進行相空間重構(gòu),用C-C算法估算時間延遲,最后采用Wolf方法計算最大Lyapunov指數(shù)。并用經(jīng)典的蟲口模型來驗證計算程序的準確性,在此基礎上分析了流場中監(jiān)測點的靜壓脈動的時間序列。
【關鍵詞】：非定常流動控制 振動壁面 流動分離 李雅普諾夫指數(shù) 本征正交分解
【學位授予單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：V214;TB535
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-12
• 注釋表12-13
• 縮略詞13-14
• 第一章 緒論14-27
• 1.1 研究背景及意義14-15
• 1.2 流動控制技術的分類及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀15-22
• 1.2.1 被動控制技術15-16
• 1.2.2 定�？刂萍夹g16-17
• 1.2.3 非定�？刂萍夹g17-22
• 1.3 基于POD方法分析流場結(jié)構(gòu)的研究22-24
• 1.4 混沌學及李雅普諾夫分析方法介紹24-26
• 1.5 本文的研究內(nèi)容26-27
• 1.5.1 振動壁面流動控制方法的數(shù)值模擬26
• 1.5.2 振動壁面流動控制方法的POD分析26
• 1.5.3 監(jiān)測點靜壓脈動的Lyapunov指數(shù)分析26-27
• 第二章 物理模型與數(shù)值方法27-31
• 2.1 數(shù)值模擬工具27-28
• 2.2 大渦模擬28
• 2.3 計算網(wǎng)格與數(shù)值模型介紹28-30
• 2.4 本章小結(jié)30-31
• 第三章 無控流場的非定常計算及分析31-43
• 3.1 分離位置的判定31-35
• 3.2 分離渦主頻的捕捉35-36
• 3.3 分離渦尺度的判定36-38
• 3.4 無控流場的POD分析38-41
• 3.4.1 空間特性39-40
• 3.4.2 能量特性40
• 3.4.3 時間特性40-41
• 3.5 本章小結(jié)41-43
• 第四章 振動參數(shù)對振動壁面控制分離的影響及其分析43-60
• 4.1 頻率對流動控制效果分析43-56
• 4.1.1 振動頻率對流場結(jié)構(gòu)的影響分析45-51
• 4.1.2 振動頻率對流場影響的POD分析51-56
• 4.2 振幅對流動控制效果分析56-59
• 4.2.1 振幅對流場的影響分析56-58
• 4.2.2 振幅對流場影響的POD分析58-59
• 4.3 本章小結(jié)59-60
• 第五章 流場信息的時間序列分析60-68
• 5.1 Lyapunov指數(shù)的計算方法61-64
• 5.1.1 相空間重構(gòu)62
• 5.1.2 最佳嵌入維度和嵌入時間62-63
• 5.1.3 wolf方法介紹63-64
• 5.2 計算程序的校驗64-65
• 5.3 流場中壓力脈動的時間序列分析65-67
• 5.4 本章小結(jié)67-68
• 第六章 總結(jié)與展望68-71
• 6.1 本文的主要工作與結(jié)論68-69
• 6.2 研究展望69-71
• 參考文獻71-74
• 致謝74-75
• 在學期間的研究成果及發(fā)表的學術論文75

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前7條

1 李應紅;吳云;;等離子體流動控制技術研究進展[J];空軍工程大學學報(自然科學版);2012年03期

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3 李應紅;吳云;張樸;蘇長兵;宋慧敏;;等離子體激勵抑制翼型失速分離的實驗研究[J];空氣動力學學報;2008年03期

4 郭明;鄭曉宇;周盛;李秋實;;BVF在吹氣控制壓氣機葉柵分離流中的應用[J];航空動力學報;2008年08期

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7 邱亞希,葛敬東,周海,陸亞鈞;環(huán)形葉柵內(nèi)利用非定常激勵減少分離區(qū)損失的研究[J];流體力學實驗與測量;2003年01期

  本文關鍵詞：振動壁面流動控制方法的數(shù)值研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號：473064