基于湍流边界层控制的减阻研究

论文摘要

近年来,随着对湍流拟序结构认识和研究的不断深入,以及科学技术的不断发展,越来越多的人投入到湍流的研究当中,基于湍流流动控制的减阻研究是其中的一个重要的研究方向。高效合理的减阻可以降低燃油消耗,提升推进效率和运动稳定性,具有重要的科学意义和实用价值。本文利用刘超群教授等人开发的直接数值模拟程序(UTADNS)对平板自由剪切湍流边界层流动进行了模拟,模拟结果与现有的湍流理论符合较好,验证了该数值模拟程序的模拟准确性。对壁面边界条件进行修改,在完全发展的壁湍流区设置流向放置、展向均匀分布的狭缝阵列,实现对湍流边界层流动的局部吹吸气控制。本文模拟了基于流向狭缝阵列的吹吸气控制,具体包括展向定常交替吹吸气控制、定常吹气控制、定常吸气控制、周期性交替吹吸气控制以及周期性吹气控制,对不同控制方式以及相同控制下不同控制参数的减阻效果进行了研究。最后,本文对控制效果最好的定常吹气减阻控制方式的减阻机理进行了探索分析,阐述了定常吹气控制方法对平板湍流边界层流动的影响以及该方法使得壁面阻力下降的原因。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 引言
•   1.2 湍流形成与湍流结构
•     1.2.1 壁湍流形成过程
•     1.2.2 壁湍流分层模型
•     1.2.3 壁湍流拟序结构
•   1.3 湍流减阻控制研究现状
•     1.3.1 湍流减阻方法简介及研究现状
•     1.3.2 基于吹\吸气的控制方法介绍及研究现状
•   1.4 本文主要工作
• 第二章 平板湍流边界层直接数值模拟
•   2.1 控制方程
•   2.2 边界层基本流
•   2.3 可压缩边界层线性稳定性方程
•   2.4 数值方法
•     2.4.1 空间离散
•     2.4.2 时间离散
•     2.4.3 边界条件
•     2.4.4 CFL条件
•     2.4.5 网格生成
•     2.4.6 算例验证
•   2.5 本章小结
• 第三章 壁面流向狭缝阵列局部吹\吸气控制
•   3.1 吹\吸气控制模型
•   3.2 壁面边界条件的修改
•   3.3 算例
•     3.3.1 壁面局部吹气边界
•     3.3.2 壁面局部吸气边界
•     3.3.3 壁面非定常吹\吸气边界
•   3.4 本章小结
• 第四章 壁面流向狭缝阵列局部吹\吸气减阻研究
•   4.1 定常交替吹吸气（SABS）控制
•     4.1.1 SABS控制减阻效果
•     4.1.2 SABS控制对流场的影响
•     4.1.3 结论
•   4.2 定常吹\吸气（SB\SS）控制
•     4.2.1 SB\SS控制减阻效果
•     4.2.2 SB\SS控制对流场的影响
•     4.2.3 结论
•   4.3 周期性交替吹\吸气（PABS）控制
•     4.3.1 PABS控制减阻效果
•     4.3.2 PABS控制对流场的影响
•     4.3.3 结论
•   4.4 周期性吹气和定常吹气（PB\SB）控制
•     4.4.1 PB\SB控制减阻效果
•     4.4.2 PB\SB控制对流场的影响
•     4.4.3 结论
•   4.5 本章小结
• 第五章 定常吹气控制的减阻机理研究
•   5.1 拟序结构分析
•     5.1.1 涡结构
•     5.1.2 上喷下扫运动
•   5.2 阻力系数分解
•     5.2.1 概述
•     5.2.2 定常吹气控制阻力系数分解
•   5.3 本章小结
• 第六章 总结与展望
•   6.1 总结
•   6.2 展望
• 参考文献
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 余洪洲

导师: 唐智礼

关键词: 吹吸气,湍流控制,减阻,流向狭缝阵列,湍流边界层

来源: 南京航空航天大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 力学

单位: 南京航空航天大学

分类号: O357.5

DOI: 10.27239/d.cnki.gnhhu.2019.001089

总页数: 83

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