开缝圆柱绕流流场特性实验研究

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开缝圆柱作为经典圆柱绕流问题的分支,其升阻力特性、脱落涡结构、频率等特征与基准圆柱有明显的差异,这些特征使得开缝圆柱较基准圆柱在一些工程运用方面更具有广泛的前景,但从公开报道的文献看对开缝圆柱的研究并不是很多,对其复杂的绕流流场特性有待进一步地补充。  本文工作的核心内容是探究开缝圆柱缝隙、宽度等参数对其尾流特性的影响,实验方法上采用流动显示和粒子成像测速技术(PIV),获得绕流场速度分布的基本数据组,并通过多样的PIV数据后处理方法,对其流场特性做了详细探究和分析。实验结果表明:缝隙在边界层分离点前的开缝圆柱缝隙会对绕流边界层产生吹吸效应,极大地改变其流场结构,使其漩涡脱落现象得到强化,尾迹区的脉动强度增强,提高其阻力系数。  缝隙α=120°和180°开缝圆柱的涡流溢放频率较基准圆柱大,斯特劳哈尔数线性关系也较好;对比缝隙α=120°和缝隙α=180°开缝圆柱的流场结构,当缝隙α=120°时脱落涡表现较强的三维性,而缝隙α=180°时脱落涡周期性较稳定,当缝隙倾斜角β在80°~90°区间变化,缝隙α=180°开缝圆柱对缝隙倾斜角的容错度优于缝隙α=120°开缝圆柱。  本文采用了本征正交分解方法(POD)对不同模型的绕流流场进行分析,结果表明,在模态分布上基准圆柱和开缝圆柱具有统一性,代表准卡门涡街特征的1~2阶模态占据主能量,高阶脉动模态分布存在差异,选用高能模态对尾迹进行重构可以很好的提取和挖掘流场的主能量事件和主相干结构,揭示了在整个尾迹中相干结构的演变过程。
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