通過觀察,發(fā)現(xiàn)存在展向流動時鳥類柔性的羽毛側(cè)緣會卷起,這對展向流動起到了額外的阻礙作用,即流向和展向的阻力特征是不同的。為了研究羽毛表面的這種各向異性阻力特征對邊界層轉(zhuǎn)捩流動的影響,本文從宏觀角度出發(fā)建立了一種唯象力學(xué)模型來刻畫表面的各向異性。然后,運用直接數(shù)值模擬的方法研究了該模型對平板邊界層轉(zhuǎn)捩的影響。自由來流馬赫數(shù)為0.2,基于入口處邊界層排移厚度的雷諾數(shù)為732。研究結(jié)果表明,在模型抑制展向流動的作用下,平板邊界層轉(zhuǎn)捩明顯推遲,不同的參數(shù)下至少可以推遲一倍以上距離。即使在流動進(jìn)入湍流狀態(tài)后,壁面的摩擦阻力系數(shù)也大大降低,維持在與層流摩擦系數(shù)相當(dāng)?shù)乃�。轉(zhuǎn)捩位置的推遲和湍流區(qū)摩擦阻力的降低都有利于降低平板的阻力。如果考慮卷起的羽毛側(cè)緣對流向流動帶來額外阻力,這會使得轉(zhuǎn)捩提前,減阻的效果降低。此研究結(jié)果一方面揭示了鳥類飛行的部分奧秘,另一方面也為邊界層被動控制措施提供了一種新的思路。 

【文章來源】：空氣動力學(xué)學(xué)報. 2020,38(06)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：10 頁

【部分圖文】：

展向脈動在模型作用下的衰減特征

圖3所示為無量綱的邊界層速度分布。在入口x=0處，速度分布是典型的層流剖面，而在x=300處，速度分布已經(jīng)演化為典型的湍流剖面。這說明使用的數(shù)值方法和計算設(shè)置可以反映層流到湍流轉(zhuǎn)捩的過程。壁面摩擦系數(shù)Cf的定義為：

平板邊界層從層流到湍流的演化過程中，存在一些典型的大尺度相干結(jié)構(gòu)。利用Q準(zhǔn)則，圖5呈現(xiàn)了轉(zhuǎn)捩過程中不同階段的渦結(jié)構(gòu)，用距離壁面的高度進(jìn)行了著色。為了更好地顯示效果，展向通過復(fù)制延伸了一倍。可以看到轉(zhuǎn)捩開始后先是形成Λ渦，然后是Λ渦演化成發(fā)卡渦，進(jìn)而生成環(huán)狀渦，并最終發(fā)展成環(huán)狀渦鏈結(jié)構(gòu)。對典型渦系結(jié)構(gòu)的清晰捕捉也體現(xiàn)了數(shù)值模擬的可靠性。圖5 轉(zhuǎn)捩過程中不同階段的渦結(jié)構(gòu)

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本文編號：3337777