本文關鍵詞：邊界層流動控制的數(shù)值模擬與DPIV實驗研究

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【摘要】：本論文跟蹤了國內外關于流動控制問題的最新研究動向，對本領域內的研究方法和進展進行了綜述和分析。以動波壁為研究對象，將其應用于流體力學中的經(jīng)典問題：圓柱繞流及其流動控制方法研究。在對計算流體力學及圓柱繞流理論知識深入了解的基礎上，通過數(shù)值模擬及數(shù)字粒子圖像測速系統(tǒng)(DPIV)實驗兩種途徑對動波壁圓柱開展研究，比較動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： 1)較為全面地回顧和分析了國內外研究流動控制問題的動態(tài)和進展，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)建立二維的動波壁圓柱計算模型，通過計算流體力學軟件Fluent動態(tài)鏈接C語言自編的UDF程序來實現(xiàn)動波壁的數(shù)值模擬，開展了Re=500及Re=12500時不同動波壁波動速度下圓柱的尾流場及受力情況的研究。結果發(fā)現(xiàn)圓柱尾流場中軸線上的流體速度隨著動波壁波速的增加而增大，阻力隨著波動速度增加而減小。Re=500時，波速達到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值。Re=12500時，波速達到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)建立了三維動波壁圓柱計算模型，開展了Re=12500時不同波動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)值模擬的結果基本一致，不同之處在于升力曲線并沒有出現(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，震蕩頻率與波動頻率一致。 4)根據(jù)數(shù)值模擬計算模型，利用CAD及Solidworks軟件設計了動波壁圓柱實驗裝置，加工制作了動波壁實驗裝置，并通過編譯VB程序實現(xiàn)對動波壁波動速度的控制。 5)利用DPIV系統(tǒng)，在小型試驗水槽中進行了動波壁圓柱尾流場的測試，在雷諾數(shù)Re=12500，來流速度u=0.125m/s的情況下，，對動波壁波動速度w=0(光滑圓柱)、0.0625、0.125、0.1875m/s等十二種工況進行了實驗，觀察其尾流場與光滑圓柱尾流場的區(qū)別，發(fā)現(xiàn)動波壁提高了尾流場流體的速度，并減弱了交替脫落的尾渦，從實驗角度證明了動波壁抑制渦激振動的效果。
【關鍵詞】：動波壁圓柱 渦激振動 波動減阻 CFD DPIV
【學位授予單位】：江蘇科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：U661.1
【目錄】：

• 摘要6-7
• Abstract7-15
• 第1章 緒論15-27
• 1.1 研究背景及意義15-16
• 1.2 國內外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢16-23
• 1.2.1 渦流發(fā)生器16-18
• 1.2.2 射流注入18
• 1.2.3 零質量射流18-20
• 1.2.4 附面層抽吸20-21
• 1.2.5 等離子體21
• 1.2.6 動波壁21-23
• 1.3 PIV 技術在流場測試中的應用23-24
• 1.4 本文主要研究內容24-25
• 1.5 本章小結25-27
• 第2章 渦激振動及 CFD 基本知識27-39
• 2.1 引言27
• 2.2 圓柱繞流漩渦的形成及發(fā)放過程27-29
• 2.3 渦激振動相關參數(shù)29-32
• 2.4 數(shù)值模擬與計算方法32-38
• 2.4.1 控制方程32-33
• 2.4.2 數(shù)值離散方法33-35
• 2.4.3 離散方程的求解35-36
• 2.4.4 湍流模型36
• 2.4.5 動網(wǎng)格處理技術36-38
• 2.5 本章小結38-39
• 第3章 動波壁圓柱的數(shù)值模擬研究39-67
• 3.1 引言39
• 3.2 二維低雷諾數(shù)動波壁圓柱繞流39-49
• 3.2.1 基本方程39-40
• 3.2.2 計算模型40-41
• 3.2.3 動波壁運動控制方程41-42
• 3.2.4 計算工況42
• 3.2.5 計算結果及分析42-49
• 3.3 二維亞臨界區(qū)雷諾數(shù)動波壁圓柱繞流49-57
• 3.3.1 計算工況50
• 3.3.2 計算結果及分析50-57
• 3.4 三維動波壁圓柱繞流57-66
• 3.4.1 計算模型57-59
• 3.4.2 計算工況59
• 3.4.3 計算結果及分析59-66
• 3.5 本章小結66-67
• 第4章 動波壁圓柱實驗裝置的設計與制作67-89
• 4.1 引言67
• 4.2 波動壁圓柱裝置設計67-79
• 4.2.1 總體設計67-68
• 4.2.2 壁面波動機構設計68-71
• 4.2.3 凸輪設計71-73
• 4.2.4 傳動機構設計73-74
• 4.2.5 圓桶設計74-77
• 4.2.6 凸輪與頂桿壓力角計算77-79
• 4.3 實驗裝置三維建模及制作79-82
• 4.3.1 圓桶模型的建立及制作79-80
• 4.3.2 頂桿三維模型及制作80
• 4.3.3 傳動系統(tǒng)三維模型及制作80-81
• 4.3.4 裝置總體三維模型及制作81-82
• 4.4 波浪壁波動速度的控制82-87
• 4.4.1 驅動電機的選取82-84
• 4.4.2 驅動電機的控制84-87
• 4.5 本章小結87-89
• 第5章 動波壁圓柱繞流的 DPIV 實驗研究89-105
• 5.1 引言89
• 5.2 實驗設備89-92
• 5.2.1 循環(huán)水槽系統(tǒng)89-90
• 5.2.2 拍攝及照明系統(tǒng)90-91
• 5.2.3 圖像處理系統(tǒng)91-92
• 5.3 DPIV 系統(tǒng)測速原理92-95
• 5.3.1 圖像采集原理92-93
• 5.3.2 圖像處理原理93-95
• 5.4 Insight 3G 參數(shù)設置95-96
• 5.5 DPIV 實驗結果及分析96-102
• 5.5.1 實驗裝置布置96-97
• 5.5.2 實驗工況97-98
• 5.5.3 實驗結果98-100
• 5.5.4 結果分析100-102
• 5.6 實驗中的不足及誤差分析102-103
• 5.7 本章小結103-105
• 第6章 總結與展望105-107
• 6.1 主要結論105-106
• 6.2 研究展望106-107
• 參考文獻107-111
• 攻讀學位期間發(fā)表的學術論文111-113
• 致謝113

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 朱仁慶;張友林;;動波壁對圓柱體渦激振動的抑制作用研究[J];船舶力學;2011年11期

2 羅小兵,李志信,過增元;不可壓縮合成噴流場的數(shù)值模擬[J];工程熱物理學報;2001年S1期

3 栗晶;柳朝暉;王漢封;盧興;鄭楚光;;水平槽道氣固兩相湍流邊界層的PIV測量[J];工程熱物理學報;2008年07期

4 王光明;沈林成;胡天江;李非;;柔性長鰭波動推進試驗及分析[J];國防科技大學學報;2006年01期

5 周敏;王如根;曹朝輝;張相毅;;槽道進氣角和轉折角對葉柵流場特性影響的研究[J];航空動力學報;2008年01期

6 韓東;黃護林;張炎;李輝;;繞流圓柱的自由表面磁流體流動實驗[J];航空動力學報;2008年02期

7 牛玉川;朱俊強;聶超群;葛正威;;吸附式亞聲速壓氣機葉柵氣動性能實驗及分析[J];航空動力學報;2008年03期

8 李應紅;;航空等離子體動力學與技術的發(fā)展[J];航空工程進展;2011年02期

9 周敏;李航航;唐侃平;;葉型附面層分離流動控制技術研究進展[J];航空工程進展;2011年03期

10 戰(zhàn)培國;程婭紅;趙昕;;主動流動控制技術研究[J];航空科學技術;2010年05期

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 陳波;基于PIV技術的近壁雙圓柱繞流尾跡特性研究[D];華中科技大學;2011年

2 陳正壽;柔性管渦激振動的模型實驗及數(shù)值模擬研究[D];中國海洋大學;2009年

本文編號：832637