喷射气流对大幅横向振荡柱体尾流的控制

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本文采用风洞实验方法和数值模拟方法研究尾流喷射对大幅横向振荡柱体尾流控制的影响。通过烟线流动显示方法和数值模拟方法寻找2S,2P和P+S三种典型涡脱落模式,通过高速照相机和fluent后处理软件得到三种典型涡脱落模式的代表图片。风洞实验和数值模拟中将直径D=2.5cm圆柱作为研究对象,在雷诺数Re=1200的均匀来流,无量纲振幅A/D=0.3~1.5,无量纲振振频feD/V_∞=0~0.25下,以喷射速度V_e=0~15m/s对不同振幅振频下研究尾流喷射对横向振荡柱体尾流抑制的效果。一、通过烟线实验和热线实验,在无量纲振幅A/D=0.5,无量纲振频feD/V_∞=0.107下找到了2S模式,在无量纲振幅A/D=0.75,无量纲振频feD/V_∞=0.154下找到了2P模式,在无量纲振幅feD/V_∞=1.5和无量纲振频feD/V_∞=0.193下找到了P+S模式,并加入不同速度的喷射气流观察研究了尾流抑制效果,当速度大小处于有效速度范围时,尾流抑制效果明显,功率谱峰值也有50%以上下降,喷射速度过大后,峰值反而有所上升,流域显得比较混乱。二、通过数值模拟方法在与风洞实验相同工况下找到了2S、2P和P+S三种涡脱落模式,结果与实验结果吻合较好,采用不同速度大小的喷射气流对尾流进行抑制,涡脱落模式发生明显改变,在一定速度大小内,旋涡数量和尺寸明显降低,喷射速度过大时,反而产生负面效果,流域陷入混乱状态,并分析了无控制与加入喷射时的速度功率谱图,在一定速度范围内,速度功率谱与无控制时相比降低了50%以上,总体来说,2S模式和2P模式在加入喷射气流有有较大的抑制作用,与之相比,喷射气流对P+S模式的尾流抑制效果相对较弱。三、对不同振幅不同振频下的涡脱落模式进行了分类,发现了一些新的涡脱落模式,并画出不同振幅下涡脱落模式随振频和喷射速度的变化图,以及功率谱均值变化图。
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