降低壁面摩擦阻力在實(shí)際工程應(yīng)用中有重要作用并且能產(chǎn)生巨大價(jià)值。飛機(jī)、汽車等交通工具在高速運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)在機(jī)體表面與空氣產(chǎn)生摩擦阻力,摩擦阻力的存在一方面會(huì)產(chǎn)生大量的熱并損壞機(jī)體表面,另一方面會(huì)造成燃料的消耗上升。由于這些摩擦阻力的存在,主動(dòng)控制降低壁面摩擦阻力是實(shí)驗(yàn)流體動(dòng)力學(xué)的重要方向。近壁面處的湍流邊界層是產(chǎn)生這些壁面摩擦阻力的主要來源,因此減小湍流邊界層生成的壁面摩擦阻力越來越引起重視。湍流邊界層的減阻控制有主動(dòng)控制和被動(dòng)控制兩種方式。由于被動(dòng)控制所能產(chǎn)生的減阻效果是非常局限的。而主動(dòng)控制方式是在邊界層流體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上更加有效的抑制邊界層內(nèi)壁面摩擦力的產(chǎn)生,因此主動(dòng)控制成為湍流邊界層減阻控制的主流控制方式。主動(dòng)控制又分為開環(huán)式控制和閉環(huán)式控制。其中,開環(huán)控制在湍流邊界層減阻控制的研究過程中已經(jīng)得到很多專家學(xué)者的研究,閉環(huán)控制尤其是基于壁面壓力信號(hào)的閉環(huán)控制尚未有較為成功的案例。因此,基于壁面壓力脈動(dòng)的閉環(huán)控制系統(tǒng)值得去研究。本課題主要研究湍流中壁面壓力變化與近壁面摩擦阻力的關(guān)系,以及基于壁面壓力信號(hào)搭建了一個(gè)利用等離子激勵(lì)器作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的湍流邊界層閉環(huán)減阻控制系統(tǒng)。在湍流邊界層研究領(lǐng)域中,關(guān)于近壁面處流場結(jié)構(gòu)中的流速變化與湍流結(jié)構(gòu)的發(fā)展之間的關(guān)系的研究已經(jīng)日趨成熟。但是,關(guān)于湍流中壁面壓力的相關(guān)研究卻還尚需發(fā)展。本課題通過一支參考麥克風(fēng)準(zhǔn)確的測量了壁面壓力的變化情況,并且通過數(shù)據(jù)處理分析壁面壓力信號(hào)變化與猝發(fā)現(xiàn)象的關(guān)系,以及壁面壓力信號(hào)與不同處流向速度的相關(guān)性,驗(yàn)證了壁面壓力信號(hào)的脈動(dòng)變化與湍流邊界層內(nèi)阻力的主要產(chǎn)生機(jī)制有很強(qiáng)的一致性。本課題在對(duì)壁面壓力信號(hào)研究的基礎(chǔ)上搭建了湍流邊界層閉環(huán)控制系統(tǒng)。閉環(huán)控制系統(tǒng)采用PD前饋控制方案,以壁面壓力信號(hào)作為系統(tǒng)輸入信號(hào),等離子激勵(lì)器作為控制系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。通過熱線測量控制系統(tǒng)的減阻情況。實(shí)驗(yàn)研究表明,壁面壓力的脈動(dòng)變化能夠反映湍流邊界層近壁面處的流場發(fā)展情況,因此也能夠作為表征湍流邊界層流場結(jié)構(gòu)變化的重要參數(shù)。對(duì)比研究了250mm DBD等離子激勵(lì)器在開環(huán)系統(tǒng)下的減阻效果。在此基礎(chǔ)上對(duì)比研究了基于壁面壓力測量的閉環(huán)控制系統(tǒng)的減阻情況。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在基于壁面壓力脈動(dòng)建立的PD前饋減阻控制系統(tǒng)中,通過合理的設(shè)定比例系數(shù)和微分系數(shù),能夠產(chǎn)生接近開環(huán)最優(yōu)情況下的減阻效果,并且能夠提高20%等離子激勵(lì)器的控制效率。PD前饋控制能夠根據(jù)流場結(jié)構(gòu)對(duì)壁面壓力產(chǎn)生的影響,改變等離子激勵(lì)器的激勵(lì)電壓,從而能更有針對(duì)性且更有效的抑制湍流邊界層內(nèi)摩擦阻力的產(chǎn)生。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：O357.5
【部分圖文】：

2-3 NI USB-6361 信號(hào)采集卡6361A/D 采集卡硬件資源包含 動(dòng)信號(hào)的變化，把壓力信號(hào)轉(zhuǎn)kHz、幅值變化的正弦電壓，從D(介質(zhì)阻擋放電)技術(shù)研究了能向震蕩和展向行波。黃志偉老師湍流邊界層開環(huán)減阻控制實(shí)驗(yàn)出等離子激勵(lì)器誘導(dǎo)產(chǎn)生的渦果表明等離子誘導(dǎo)產(chǎn)生的渦與

圖 2-5 TREK 高壓電源力脈動(dòng)的測量面壓力脈動(dòng)的測量有多種方量壁面壓力脈動(dòng)信號(hào)。Bull位于壁面小孔下的空腔內(nèi)。面小孔下的空腔內(nèi)。后，不在空腔內(nèi)。后，不在空腔內(nèi)，但小孔齊平安裝，測量的信號(hào)無不間分辨率對(duì)信號(hào)的測量有重在壁面壓力信號(hào)的測量過

圖 2-6 通過壁面小孔安裝麥克風(fēng)測量壁面A 為壁面壓力測量孔，B 為麥克風(fēng)安裝孔。測量孔的2.2mm。在閉環(huán)控制方案中，麥克風(fēng)將用于測量壁面壓激勵(lì)器上游 5mm 位置處，從而可搭建一個(gè)前饋控制案下的安裝位置如下圖所示：a)

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 許春曉;;壁湍流相干結(jié)構(gòu)和減阻控制機(jī)理[J];力學(xué)進(jìn)展;2015年00期

本文編號(hào)：2807562