平板湍流边界层测量与脉冲射流执行器研发

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1、硕士学位论文平板湍流边界层测量及脉冲射流执行器研发FLAT-PLATETURBULENTBOUNDARYLAYERDOCUMENTATIONANDPULSED-JETACTUATORDEVELOPMENT齐中阳哈尔滨工业大学2014年6月万方数据国内图书分类号：TK-9学校代码：10213国际图书分类号：621密级：公开工程硕士学位论文平板湍流边界层测量及脉冲射流执行器研发硕士研究生：齐中阳导师：曹勇副教授申请学位：工程硕士学科、专业：机械工程所在单位：深圳研究生院答辩日期：2014年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学万方数据ClassifiedIndex:TK-9U.

2、D.C:621DissertationfortheMaster’sDegreeinEngineeringFLAT-PLATETURBULENTBOUNDARYLAYERDOCUMENTATIONANDPULSED-JETACTUATORDEVELOPMENTCandidate:QiZhongyangSupervisor:AssociateProf.CaoYongAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:MechanicalEngineeringAffiliation:ShenzhenGraduateSc

3、hoolDateofDefence:June,2014Degree-Conferring-Institution:HarbinInstituteofTechnology万方数据摘要摘要湍流边界层存在于飞机、列车以及潜艇等运行物体的周围，并导致很大的表面摩擦阻力。有效地控制湍流边界层能够减小表面摩擦阻力。湍流边界层具有显著的分区特征以及大量的拟序结构，详细研究湍流边层特性及其拟序结构，不仅能够深入理解和揭示其物理本质，而且有助于研究减阻控制。为湍流边界层主动减阻控制研究作准备，本文开展了以下三项工作：详细测量和分析了零压梯度下的平板湍流边界层特性。实验是在风洞中进行，来

4、流速度U=10m/s。分别在4种不同的拌线扰动下，在距离平板前缘3.1m的位置，采用单丝热线测量了流向速度U的分布，并分析了U，U，Skewness和Flatnessrms等各阶统计量。采用Clauser方法估算了壁面剪切应力，并采用外部和内部尺度分别对统计分布进行了无量纲化。结果与文献数据一致，从而保证在测量位置产生了标准的、充分发展的湍流边界层。同时，边界层在展向z/δ=6的范围具有二维性。此外，详细计算了边界层的相关参数，如Re，Re以及H等，并估算了近壁θτ12条带结构的流向和展向分布情况。研发了一个脉冲射流激励器，并进行了详细的性能测试。激励器由扬声器、

5、空腔和射流孔组成。在阶跃信号的驱动下，激励器产生脉冲射流，并诱导出涡环。针对不同幅值的驱动电压（0.1~5volt），详细测量了激励器幅频特性，射流响应时间以及速度等。测试结果表明，脉冲射流激励器具有很好的响应特性（0.8~2.6ms），且扰动强度可控，适宜于湍流边界层主动控制。利用数值模拟方法计算脉冲射流执行器作用在平板湍流边界层的减阻效果。采用来流速度U=10m/s时的湍流边界层曲线形式，以及输入电压为2vpp时的脉冲射流形式，得到局部最大减阻率为54%。关键词：湍流边界层；减阻控制；脉冲射流激励器-I-万方数据AbstractAbstractSkin-fric

6、tiondragactingonthesurfacesofland,seaandairvehiclesismainlyduetoturbulentboundarylayersaroundthem.Effectivecontrolofturbulentboundarylayerscouldreducetheskin-frictiondrag.Aturbulentboundarylayercanbedividedintodifferentregions,eachexhibitinguniquefeatures.Meanwhile,coherentstructures,wh

7、ichplayakeyroleonturbulenceproduction,energy,momentumandmasstransportations,canbeidentifiedinaturbulentboundarylayer.Furtherinvestigationstotheturbulentboundarylayermaynotonlyimproveourunderstandingofcoherentstructuredynamicsandflowphysics,butalsoshedlightonactivecontrolfordrag