微吹氣技術(shù)能夠改變平板湍流流場(chǎng)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(jì)算了來(lái)流馬赫數(shù)0.7條件下,流場(chǎng)流過(guò)光滑平板和NASA-PN2多孔平板表面兩種情況,通過(guò)對(duì)比這兩個(gè)算例的相關(guān)流場(chǎng)特征,驗(yàn)證了微吹氣控制減阻的有效性,局部最大減阻率達(dá)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(huì)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(gè)低速的"湍流斑",黏性底層厚度增加,速度型曲線(xiàn)被抬升。但與此同時(shí),邊界層內(nèi)湍流速度脈動(dòng)也得到了增強(qiáng)。進(jìn)一步對(duì)流向脈動(dòng)渦演化規(guī)律分析,發(fā)現(xiàn)微吹氣對(duì)流向脈動(dòng)渦發(fā)揮著多重作用。在增加流向脈動(dòng)渦強(qiáng)度的同時(shí),還使得流向渦團(tuán)向遠(yuǎn)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(huì)在流向渦表面留下凹痕,使得流向渦分散成相對(duì)小的渦團(tuán)結(jié)構(gòu)。 

【文章來(lái)源】：航空學(xué)報(bào). 2020,41(10)北大核心

【文章頁(yè)數(shù)】：14 頁(yè)

【部分圖文】：

計(jì)算平板示意圖

圖3顯示了u′的瞬時(shí)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(dòng)結(jié)構(gòu)（波長(zhǎng)為1/kx）。在B/S區(qū)域（x=30～32），由于吹吸氣控制（擾動(dòng)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(dòng)（kx=2,4）能量占主導(dǎo)部分；隨著轉(zhuǎn)捩的發(fā)展（x=32～34），高波數(shù)的擾動(dòng)被激發(fā)，小尺度運(yùn)動(dòng)逐漸增強(qiáng)；在x>34區(qū)域，各種尺度的波動(dòng)結(jié)構(gòu)和能量分量達(dá)到相同的量級(jí)，最終形成寬帶譜。這表明該流動(dòng)已發(fā)展為多尺度湍流邊界層流動(dòng)。圖3 沿流向脈動(dòng)速度的能譜

圖2 y+=3.11處x-z平面的速度云圖湍流強(qiáng)度沿壁面法向方向的分布如圖4所示。其中，urms（實(shí)驗(yàn)）、vrms（實(shí)驗(yàn)）、wrms（實(shí)驗(yàn)）分別表示文獻(xiàn)[26]實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中的流向、法向和展向的速度脈動(dòng)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(dòng)占主導(dǎo)地位，法向方向的脈動(dòng)最弱，突出了湍流的各向異性。逐漸遠(yuǎn)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(dòng)趨于各向同性。當(dāng)前計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)符合較好[26]，這表明當(dāng)前的數(shù)值方法和計(jì)算模型可以準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)湍流結(jié)構(gòu)的脈動(dòng)信息。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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本文編號(hào)：3040878