【摘 要】
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近年来湍流边界层减阻是流体力学前沿领域之一,其中雷诺数对于减阻的影响也是热门的研究方向。主动控制方法由于具有较大的减阻潜能以及可控性好等优势被广泛研究,吹气减阻控制方法有装置简单、操作性强、减阻效果明显等特点,因此作为本课题的湍流控制方法。壁面剪切应力采用一种新型可移动的渥拉斯顿壁面热线进行测量,能够测量较高雷诺数下湍流边界层内的壁面剪切应力。通过在渥拉斯顿热线下方壁面开设长方形凹腔以降低热线壁面
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近年来湍流边界层减阻是流体力学前沿领域之一,其中雷诺数对于减阻的影响也是热门的研究方向。主动控制方法由于具有较大的减阻潜能以及可控性好等优势被广泛研究,吹气减阻控制方法有装置简单、操作性强、减阻效果明显等特点,因此作为本课题的湍流控制方法。壁面剪切应力采用一种新型可移动的渥拉斯顿壁面热线进行测量,能够测量较高雷诺数下湍流边界层内的壁面剪切应力。通过在渥拉斯顿热线下方壁面开设长方形凹腔以降低热线壁面效应,同时探究壁面热线下方凹腔宽度分别为无缝、0.1 mm、0.2 mm、0.4 mm对热线响应频率以及测量灵敏度的影响。实验结果显示凹腔宽度对热线响应频率影响并不明显,当凹腔宽度大于0.1 mm时能显著提高测量灵敏度,而考虑到0.4 mm宽度凹腔会对近壁面流场有较明显影响,因此渥拉斯顿壁面热线最佳凹腔宽度为0.2 mm;渥拉斯顿壁面热线在热线长度l+=15-22内测量无量纲脉动壁面剪切应力τw,rms+结果与文献中DNS结果相吻合,说明其具有较高的测量精度。激励器采用展向排布的流向吹气狭槽,吹气槽长20 mm、宽0.25 mm、间距2 mm,共31条。分别使用电磁阀和流量阀控制吹气强度和吹气频率。减阻实验在平板湍流边界层主流速度U∞为5 m/s、10 m/s、15 m/s、25 m/s分别对应基于摩擦速度雷诺数Reτ为924、1707、2096、2820下进行,使用钨丝热线以及不同直径渥拉斯顿壁面热线测量激励器下游x=5 mm处的局部壁面剪切应力。实验测量得到最佳减阻量随雷诺数变化的衰减指数γ=1.2高于文献中利用DNS方法得到γ=0.2~0.4的结果。施加相同稳态吹气控制(A+=0.4,0.8,1.3)的衰减指数在参数空间内变化较大,说明雷诺数不是影响减阻率变化的唯一自变量。比较在Reτ=924以及Reτ=1707两个雷诺数下,施加相同稳态吹气强度(A+=1.6)的控制前后湍流边界层时均速度及湍流强度的法向剖面。实验结果显示由于雷诺数增大的影响,吹气控制对于流场影响减弱,并且在较高雷诺数下控制对抑制湍流猝发的效果也降低。
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