风洞性能测试以及两个非平行圆柱尾流区的研究

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风洞在航空和航天工程研究中扮演着重要的角色并广泛的应用在许多领域。本课题的主要工作是对哈尔滨工业大学深圳研究生院流-固-声耦合中心的风洞进行性能测试。实验室的风洞有大和小两个实验段,横截面分别是0.8×1.0m和0.5×0.5m,每一个实验段的长度均为5.5m。在取决于自由流速下,距离风洞收缩口处0.69m的位置,横截面为0.8×1.0m的实验段的边界层厚度和湍流强度分别是16~26mm和0.16%~0.42%。横截面为0.5×0.5m的实验段的边界层厚度和湍流强度分别是9~23mm和0.13%~0.4%。对于大实验段而言,上壁面和侧壁面所有玻璃的壁面振动频率在25~45Hz之间。在30m/s风速下壁面振动位移最大,为0.14~0.16mm,其余风速下大实验段的壁面振动位移都小于0.12mm。对于小实验段而言,上壁面和侧壁面的玻璃振动频率分别是40~65Hz和15~50Hz,壁面振动位移在所有风速下都趋于0.3mm。之后进行单个圆柱尾流区的测试并发现沿着圆柱轴向方向从175mm到850mm之间St是常值,这证明风洞是对称的并有良好的性能。接下来是在雷诺数为5.65×104情况下测量了两个非平行圆柱(夹角为15°)串联和并联的尾流区,串联和并联一共包含四种情况,具体分类见第二章第三部分。和两个平行圆柱在相同雷诺数下的实验结果相比第一种情况的双稳态区域较长为S/D=2.5~3.5,而两个平行圆柱串联的临界间距是S/D=4.0。对于第二种情况而言没有出现双稳态区域,但是在S/D=2.0~3.0这一区域St是连续变化的,数值从0.15升到0.185。对于第三种情况而言在S/D=1.2~1.9这一区域出现两个St分别是0.105和0.15,双稳态区域出现在S/D=2.2~2.9。第四种情况的偏置流动出现在S/D=1.2~2.0,偏置流动在窄尾流区的结果(St=0.65~0.2)和两个平行圆柱(St=0.3~0.2)在窄尾流区的实验结果相比较高。并联情况下S/D=2.0~2.7这一区域有两个St,分别是0.1和0.2。这表明产生了另外一种流动,可能是双稳态流动也可能是偏置流动。
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