射流孔排布对射流表面减阻性能的影响

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1、2014年10月农业机械学报第45卷第10期doi:10．6041/j．issn．1000-1298．2014．10．053*射流孔排布对射流表面减阻性能的影响111223谷云庆牟介刚郑水华赵刚汝晶王成刚(1．浙江工业大学机械工程学院，杭州310014;2．哈尔滨工程大学机电工程学院，哈尔滨150001;3．约瑟夫傅立叶大学格勒诺布尔国立综合理工学院，格勒诺布尔38031)摘要:基于单孔射流特性，建立射流孔排布方式的计算模型，利用SSTk-ω湍流模型对射流表面不同射流孔排布情况下的减阻特性进行数值模拟，分析射流表面射流孔排布对壁面黏性阻力和减阻率的影响，得到最大减

2、阻率为33.65%，并对数值计算模型进行了实验验证。通过分析射流表面壁面边界层剪应力、壁面压应力、流场速度及射流孔下游区域产生的漩涡运动特性及分布规律，得知射流表面射流孔排布能够对壁面边界层进行有效的控制，并揭示了射流表面的减阻机理。关键词:射流表面减阻射流孔排布数值模拟边界层中图分类号:TP17文献标识码:A文章编号:1000-1298(2014)10-0340-07所受剪应力、压应力、速度矢量等方面分析了仿生射引言流表面的减阻机理，其结果为研究射流孔其他排布射流技术通过射流反作用力以及射流与来流相方式下仿生射流表面的减阻特性提供了参考。任露［14－17］互作用

3、产生的干扰力，对飞行器进行姿态控制或提泉等对非光滑表面单因素、多因素耦合及排布供直接机动力，能够在飞行动压很小的低速情况下等方面进行了大量研究，证明了非光滑表面减阻具［1］起到很好的控制作用。射流减阻技术现已被引有优异的减阻效果。本文建立具有射流功能特征且［2－7］［8－9］入到高超声速飞行器减阻方面。谷云庆等便于工程实践的射流孔菱形排布方式模型，通过对基于鲨鱼鳃部结构特征对射流表面的减阻特性进行射流表面模型进行数值计算，研究射流孔排布对射了研究，发现射流出孔下游流场黏性底层增厚，速度流表面减阻性能的影响，解析其减阻机理。梯度降低，同时形成的反向漩涡使流场存在稳定

4、的1模型建立及参数设置大涡结构，降低了湍流脉动对壁面的作用;并对射流表面主流场速度与射流速度耦合情况下减阻特性进1.1射流孔排布方式计算模型行数值模拟，研究了射流表面减小摩擦阻力的原因射流表面结构模型如图1所示，其中:Lx=［10］及对射流孔附近壁面区域边界层控制行为。为60mm、Ly=20mm、Lz=12mm，射流孔个数为4个，了更好地验证射流表面减阻效果，研制了射流表面射流角度为30°，射流孔径d=4mm，L1=8mm;射流［11］减阻实验测试平台，在不同旋转速度条件下对射孔采用菱形排布方式，计算中分别取菱形沿展向(y流表面模型进行实验研究，验证了射流表面的减

5、阻向)的对角线l=7～11mm(等间隔1mm)、沿流向［12］效果。(x向)的对角线h=14～22mm(等间隔2mm);v1为射流减阻是一项新技术，有待于深入研究与验主流场速度，v为射流速度。为了便于分析射流表证。当前对射流表面减阻技术的研究大都集中在单面与光滑表面的流动特性、降低计算误差、节省计算孔射流上，而在工程实际应用中，单孔射流的减阻效时间、同时保证数值计算结果是在同一流场状态下果非常微弱，这就需要考虑多孔情况来综合体现其得到的，将与射流表面对应的壁面作为光滑表面。减阻效果，而射流孔的排布方式对射流减阻效果存1.2控制方程及湍流模型［13］在着重要影响。汝

6、晶基于单孔射流剪应力分布控制方程基本形式为情况，对射流孔以等腰三角形排布方式下的仿生射(ρ)+div(ρu)=div(Γgrad)+S(1)流表面的减阻特性进行了研究，并从模型射流表面t收稿日期:2013-09-25修回日期:2013-11-25*国家自然科学基金资助项目(51305399、51275102)作者简介:谷云庆，讲师，博士，主要从事射流减阻技术及非光滑表面减阻研究，E-mail:guyunqing@hrbeu．edu．cn第10期谷云庆等:射流孔排布对射流表面减阻性能的影响341和精度较高的二阶迎风格式;主、射流皆为速度入口，主流场速度

7、v1为20m/s，射流速度v为0.4～2.0m/s(等间隔0.2m/s);外界条件常温、常压，流体为水。为了精确对比光滑表面和射流表面计算结果，光滑表面和射流表面边界条件及求解控制参数完全一致，二者壁面选择无滑移绝热固壁边界;同时为保证较好的表面光洁度、尽量消除表面粗糙度对计算图1射流表面结构模型结果的影响，充分体现射流表面减阻特性，设置光滑Fig．1Structuremodelofjetsurface表面和射流表面粗糙度为0.7。选择两侧对称壁面式中ρ———流体密度t———时间为无滑移壁面。u———速度矢量———通用变量2射流孔排布对减阻特性影响S———广义源

8、项Γ———