微吹氣技術(shù)能夠改變平板湍流流場結(jié)構(gòu),減小平板表面的摩擦阻力。采用直接數(shù)值模擬方法,計算了來流馬赫數(shù)0.7條件下,流場流過光滑平板和NASA-PN2多孔平板表面兩種情況,通過對比這兩個算例的相關(guān)流場特征,驗證了微吹氣控制減阻的有效性,局部最大減阻率達到了45%,并且由于微吹氣控制的"記憶"功能,減阻效果在微吹氣流域下游仍會持續(xù)一段距離,增加了減阻區(qū)域的流向面積。壁湍流摩擦減阻的原因在于近壁區(qū)域出現(xiàn)了一個低速的"湍流斑",黏性底層厚度增加,速度型曲線被抬升。但與此同時,邊界層內(nèi)湍流速度脈動也得到了增強。進一步對流向脈動渦演化規(guī)律分析,發(fā)現(xiàn)微吹氣對流向脈動渦發(fā)揮著多重作用。在增加流向脈動渦強度的同時,還使得流向渦團向遠離壁面抬升,這樣減小了流向渦與壁面之間直接作用。此外,微吹射流產(chǎn)生的沖擊作用會在流向渦表面留下凹痕,使得流向渦分散成相對小的渦團結(jié)構(gòu)。 

【文章來源】：航空學報. 2020,41(10)北大核心

【文章頁數(shù)】：14 頁

【部分圖文】：

計算平板示意圖

圖3顯示了u′的瞬時能譜E(u′u′）沿x方向的變化。高、低波數(shù)kx分別代表小尺度和大尺度的脈動結(jié)構(gòu)（波長為1/kx）。在B/S區(qū)域（x=30～32），由于吹吸氣控制（擾動最大幅值vmax=0.12）引入了許多大尺度結(jié)構(gòu)，因此低波數(shù)擾動（kx=2,4）能量占主導部分；隨著轉(zhuǎn)捩的發(fā)展（x=32～34），高波數(shù)的擾動被激發(fā)，小尺度運動逐漸增強；在x>34區(qū)域，各種尺度的波動結(jié)構(gòu)和能量分量達到相同的量級，最終形成寬帶譜。這表明該流動已發(fā)展為多尺度湍流邊界層流動。圖3 沿流向脈動速度的能譜

圖2 y+=3.11處x-z平面的速度云圖湍流強度沿壁面法向方向的分布如圖4所示。其中，urms（實驗）、vrms（實驗）、wrms（實驗）分別表示文獻[26]實驗數(shù)據(jù)中的流向、法向和展向的速度脈動均方根，urms(DNS）、vrms(DNS）、wrms(DNS）則代表本算例的結(jié)果。在近壁區(qū)，流向湍流脈動占主導地位，法向方向的脈動最弱，突出了湍流的各向異性。逐漸遠離壁面，各速度分量的均方根值趨于均勻，表明邊界層外層湍流的脈動趨于各向同性。當前計算結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)符合較好[26]，這表明當前的數(shù)值方法和計算模型可以準確地預測湍流結(jié)構(gòu)的脈動信息。

【參考文獻】：
期刊論文
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本文編號：3040878