等离子体激励器展向非稳态吹气实现湍流边界层减阻

论文摘要

我们日常生活中经常见到的交通工具如飞机、高速列车等均存在较大的摩擦阻力,克服这些摩擦阻力需要消耗很多能量。高速行驶的物体表面存在较大摩擦阻力的原因是在其表面形成的湍流边界层中存在大量的拟序结构,那么如何控制湍流边界层中的拟序结构是减小摩擦阻力的关键。本文通过布置于展向狭缝中的等离子体激励器产生非稳态射流来实现减小摩擦阻力的目的。本课题应用DBD等离子体激励器展向狭缝吹气技术,研究不同激励工况（包括稳态激励、非稳态激励和非对称激励）对湍流边界层减阻效果的影响,实验段基于动量厚度的雷诺数为1450,主要应用热线风速仪以斜率法测得激励器下游的减阻效果,并对控制前后的速度信号进行统计量分析,再通过烟线流动显示技术观测激励器控制前后近壁面湍流结构的变化情况。研究发现在非稳态工况下,减阻量随着占空比和脉冲频率的增加均先增加后减小,在占空比为80%,脉冲频率为100Hz,激励电压为12kVp-p时减阻效果最佳,最大局部减阻量为55%,较稳态工况的43%有明显提高,减阻恢复区为970个壁面单位,与稳态工况（950个壁面单位）基本一致,且两种工况在下游均会有增阻现象发生。在非对称工况下,当不对称度为0.2、0.3时减阻效果明显优于不对称度为0.1、0.4、0.5的工况,减阻量随脉冲频率的变化趋势与非稳态工况相同,均是随脉冲频率的增加先增加后减小,不对称度为0.2、0.3时,减阻量在脉冲频率为100Hz时达到最大。当脉冲频率为100Hz、不对称度为0.3时减阻效果最佳,最大局部减阻量为58%,减阻恢复区为1130个壁面单位,并有效削弱了减阻区后的增阻现象。可以得出非稳态工况可以提高减阻量,而非对称工况即提高了减阻量、又延长了减阻恢复区且能抑制下游增阻现象。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 课题研究背景与意义
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 湍流边界层
•     1.2.2 湍流边界层减阻
•     1.2.3 等离子体激励器
•   1.3 本文主要研究内容
• 第2章 实验方案及测量分析方法
•   2.1 实验装置
•     2.1.1 风洞装置
•     2.1.2 湍流平板试验平台
•     2.1.3 激励器
•   2.2 测量技术
•     2.2.1 热线测量装置
•     2.2.2 烟线流动显示
•     2.2.3 PIV测量
•   2.3 分析方法
•     2.3.1 VITA分析方法
•     2.3.2 边界层全曲线瞬时速度分析
•   2.4 本章小结
• 第3章 实验结果及数据分析
•   3.1 稳态激励工况
•     3.1.1 减阻率沿展向的分布情况
•     3.1.2 展向缝隙宽度与激励电压对减阻效果的影响
•   3.2 非稳态激励工况
•     3.2.1 脉冲频率对减阻效果的影响
•     3.2.2 占空比对减阻效果的影响
•     3.2.3 非稳态最佳激励工况的确定
•     3.2.4 非稳态工况激励器出口的射流速度
•     3.2.5 非稳态工况的减阻恢复区
•   3.3 非对称激励工况
•     3.3.1 脉冲频率及不对称度对减阻效果的影响
•     3.3.2 非对称工况激励器出口的射流速度
•     3.3.3 非对称工况的减阻恢复区
•   3.4 稳态、非稳态和非对称工况减阻效果对比
•   3.5 本章小结
• 第4章 减阻机理探究
•   4.1 稳态激励工况减阻机理
•     4.1.1 湍流边界层全曲线速度信号分析
•     4.1.2 湍流边界层猝发事件分析（VITA）
•     4.1.3 烟线流动显示结果分析
•   4.2 非稳态激励工况减阻机理
•     4.2.1 湍流边界层猝发事件分析（VITA）
•     4.2.2 非稳态烟线流动显示结果分析
•   4.3 非对称激励工况减阻机理
•     4.3.1 湍流边界层猝发事件分析（VITA）
•     4.3.2 非对称烟线流动显示结果分析
•   4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 林翠婷

导师: 黄志伟

关键词: 湍流边界层,减阻,等离子体激励器

来源: 哈尔滨工业大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 力学,物理学

单位: 哈尔滨工业大学

分类号: O53;O357.5

DOI: 10.27061/d.cnki.ghgdu.2019.002498

总页数: 60

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