基于微射流控制的斜坡流研究

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1、硕士学位论文基于微射流控制的斜坡流研究TURBULENTRAMPFLOWCONTROLUSINGSPANWISEUNSTEADYSLOTJET刘兆虎哈尔滨工业大学2017年12月国内图书分类号：O355学校代码：10213国际图书分类号：533.6密级：公开工程硕士学位论文基于微射流控制的斜坡流研究硕士研究生：刘兆虎导师：周裕教授申请学位：工程硕士学科：动力工程所在单位：深圳研究生院答辩日期：2017年12月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:O355U.D.C:533.6Adissertationsubmitte

2、dinpartialfulfillmentoftherequirementsfortheprofessionaldegreeofMasterofEngineeringTURBULENTRAMPFLOWCONTROLUSINGSPANWISEUNSTEADYSLOTJETCandidate：LiuZhaohuSupervisor：Prof.ZhouYuAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：PowerEngineeringAffiliation：ShenzhenGradu

3、ateSchoolDateofDefence：December,2017Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要背向斜坡流动作为典型的流动分离情况，近些年在数值模拟和实验中都被广泛研究。本文针对Re4°h=9.4×10（与斜坡高度有关的雷诺数）的25背向斜坡流动分离现象进行实验研究，通过放置在斜坡上游2mm处的展向狭缝激励器的非定常吹气控制，减小再循环气泡长度，从而抑制流动分离现象。实验中分别对激励器定常吹气和非定常吹气两种情况下的出口速度进行了测量，验证了

4、激励器设计符合实验预期。通过对激励器吹气幅值、频率和占空比进行三参数研究，得到激励器的最优控制参数，并在无控制和最优控制参数两种情况下用热线风速仪、粒子影像测速仪以及压力扫描阀等实验仪器对流场进行测量，并根据测量结果分析控制机理。实验结果表明，斜坡上游激励器的最优控制参数为频率fe=130Hz，占空比duty-cycle=40%，常开流量Qstd=55L/min。与无控制情况相比，最优控制参数情况下再循环气泡长度XR/h可减少40%，大大抑制了流动分离现象，此时激励器瞬时出口速度最大值u/U-4。主要控jetmax=0.08，动量系数Cμ

5、=1.3×10∞制机理为激励器的非定常吹气增大了分离后的涡脱结构，同时增强涡脱周期性，使得分离后的脱落涡结构更快地打到下游平板上，从而达到减小再循环气泡长度的目的。通过粒子影像测速数据研究发现，激励器的非定常吹气在分离点上游的边界层内添加了扰动，使得分离后斜坡上方的湍动能大大增加，湍流混合程度增强，雷诺应力相应提高，促进了剪切层内的动量传递，导致剪切层向斜坡表面倾斜，增大了斜坡表面的负压区，使再循环气泡运动范围更加贴近斜坡表面，故相比于无控制情况，控制后斜坡段表面压力系数会有明显下降。关键词：流动分离控制；斜坡流；微射流；非定常吹气IAb

6、stractAbstractBackward-facingramp,asatypicalphenomenonofflowseparation,hasbeenextensivelystudiedinbothsimulationandexperimentinrecentyears.Thecontrolofatwo-dimensionalturbulentflowseparationfroma25°backward-facingrampisexperimentallystudiedusinganunsteadyupstreamblowingth

7、roughaspanwiseslitwithaviewtoreducingtherecirculationbubblelength.TheReynoldsnumber,basedontherampheightis9.4×104.Threecontrolparametersareexamined,i.e.theblowingamplitude,frequencyandduty-cycle.Theflowismeasuredextensivelywithandwithoutcontrolusingtechniquessuchashot-wir

8、eanemometry,particleimagevelocimetryandpressurescanner.Andanalyzethecontrolmechanismoftheactuato