【摘要】：平板繞流屬于經(jīng)典的基礎(chǔ)流體力學(xué)問題,涉及邊界層分離、尾跡等復(fù)雜流動結(jié)構(gòu),平板受流體激勵,誘發(fā)結(jié)構(gòu)振動、流動噪聲等現(xiàn)象。平板繞流現(xiàn)象常見于水力機械、橋梁、海洋、地面交通等工程領(lǐng)域,對其研究可為工程應(yīng)用提供基礎(chǔ)理論支撐。與普通平板相比,D型平板對前緣進行了修圓,使得流動分離點發(fā)生變化,影響了其尾渦脫落形態(tài)與發(fā)展規(guī)律,平板受力特性也發(fā)生了改變,對其研究可為流動控制、低噪聲葉片設(shè)計提供參考,也可為數(shù)值計算驗證提供可靠數(shù)據(jù)。本文在國家自然科學(xué)基金“泵內(nèi)受迫湍流的渦動力學(xué)特征及其激勵機制”(No:51576090)的資助下展開研究,主要工作及獲得的成果如下:1.以D型平板為研究對象,綜合采用激光多普勒測速(LDA)與粒子圖像測速儀(PIV),對單平板及其葉柵繞流流場進行較為全面、精確地測量。借助本征正交分解(POD)法,提取和識別流場中的大尺度旋渦結(jié)構(gòu),以探究雷諾數(shù)Re、弦厚比L/D、流向間距比T/D和橫向間距比H/D對平板繞流尾跡的影響。2.為研究平板繞流受力特性,采用大渦模擬(LES)方法對其進行精確的非定常數(shù)值計算。以單平板和錯列雙平板模型計算結(jié)果與LDA、PIV結(jié)果進行對比分析,驗證了數(shù)值計算方法的適用性與準確性。3.開展了Re=3×10~3~4×10~4范圍內(nèi),L/D=1~8之間的單平板繞流實驗研究。通過對其時均速度場、湍流強度、速度頻譜以及POD空間模態(tài)進行分析,獲得了斯特勞哈爾數(shù)(St數(shù))隨L/D、Re的變化規(guī)律。研究表明:St數(shù)隨L/D呈“條帶狀”分布在0.23~0.26之間(L/D=1工況除外);相同Re下,L/D≥2時,各工況時均速度場分布高度重合,渦脫頻率基本保持一致,流動模式趨于一致;St數(shù)隨Re呈“對勾狀”分布,可將其劃分為“下降區(qū)”、“過渡區(qū)”、“動態(tài)穩(wěn)定區(qū)”三個區(qū)域;在“動態(tài)穩(wěn)定區(qū)”,隨著Re增大,St數(shù)趨于0.245。與普通平板相比,D型平板繞流尾跡對Re變化更為敏感。4.選取一對L/D=3.75的平板為研究對象,對Re=3×10~3~4×10~4范圍內(nèi),T/D=0~6,H/D=0~4之間的錯列雙平板繞流進行測量。研究發(fā)現(xiàn):T/D=3可作為串列雙平板繞流的流向臨界間距比,此處St數(shù)有極小值。小于此臨界值時,St數(shù)幾乎不變;大于此臨界值后,St數(shù)隨之增大,且趨于單平板繞流St數(shù)。H/D=2可作為錯列雙平板繞流的橫向臨界間距比;H/D=1時,只在下游平板尾緣處形成渦脫,對應(yīng)大尺度卡門渦街與單平板繞流渦脫在本質(zhì)上仍屬于同一渦系;H/D=2時,上下游平板均有渦脫形成,但兩平板渦脫頻率差值達到極大值。隨著H/D增大,兩平板渦脫頻率差異逐漸減小,流動結(jié)構(gòu)趨于一致。5.對比單平板及錯列雙平板繞流數(shù)值計算結(jié)果發(fā)現(xiàn):錯列雙平板模型中,由于破壞了單平板繞流的對稱性,上下游平板時均升力系數(shù)并不為零。與單平板繞流相比,上下游平板升阻力系數(shù)均出現(xiàn)不同程度的變化,其中上游平板升力系數(shù)變化更為劇烈,其升力系數(shù)從單平板時圍繞零上下波動變?yōu)閲@某一負值上下波動。阻力系數(shù)變化較小,圍繞某一正值以較小的幅度波動。
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：O357.5

【參考文獻】

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本文編號：2627736