涡流发生器在流体机械流动控制中应用研究进展

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1、涡流发生器在流体机械流动控制中应用研究进展摘要：随着科技的发展，机械设备在人们的日常生活中运用得越来越多。其中流体机械的运用也较多，流体机械运行中能够很好地被控制主要依靠的是涡流发生器。文章对涡流发生器在实验测量和数值计算两方面加以研究分析，从而明确涡流发生器的发展方向。中国4/vie　　关键词：涡流发生器；流动控制；应用研究　　中图分类号：V233.7文献标识码：A：1673-1069（2016）34-178-2　　1概述　　社会不断进步和发展使得更多的机械化设备在人们的日常生活中被运用，机械设备的类型很多，其中一种就是流体机械。流体机械不同于其

2、他机械特点的主要是流动力，这个流动力如果掌握得不好就会发生危险，也就是叶轮和扩压器内流动分离发生失速。因此，人们逐渐关注对流体机械内流动原理的研究和分析，流体机械流动分离控制技术主要依靠的是涡流发生器，通过分析涡流发生器的控制机理，改善目前流体机械应用的发展前景。　　2涡流发生器在流体机械流动控制的研究分析　　涡流发生器的参数主要包括：安装位置、射流管、管径和流动方向形成的倾斜角、主流速度和射流速度之间的比值，如果布置的点较多时，涡流发生器的个数和间隔都是需要被考虑进去的。　　简单来说，要想流动的控制效果能够达到一个最佳值，每个参数都应该有一个最佳

3、的范围，如果参数超出了该范围，控制效果会大大削弱。以前向倾斜角为例，如果倾斜的角度超出了范围，射流产生的涡旋会快速穿过边界层，无法产生固定的控制效果，所以目前研究人员的工作重心应该是选择合理的参数，达到最佳的流动控制效果。主流和喷孔中发出的射流在互相作用的情况下产生了离散的纵向涡，这种涡结构有着高动量，注进分离区时会对周围的流体产生诱导作用，边界层的外高能流体进入边界层内部，然后和其内部的低能流体交换能量。与此同时，射流产生的诱导涡会造成边界层内流体的能量分布发生改变。过程中，流动向下游发展，涡开始缓慢耗散，涡量不断变小，有效的范围逐步扩大，这样一

4、定程度抑制或者延缓了流动分离情况的出现。　　早在1952年沃利斯就已经提出了涡生成技术，它是被动地控制法引进的，提出的主要目的是推迟湍流边界层激波的分离。沃利斯还指明如果流动方向和壁面实现了倾斜角的喷射管被合理利用之后，会产生离散型的纵向涡，可以有效控制边界层的分离和流动失速的情况。最近几遍，计算机、控制和测试技术都在不断地完善，发展势头非常迅猛，在实验和数值模拟这块，涡流发生器在流动的控制机理和应用的潜力也有着明显的增强的趋势。　　为了证明理论的正确性，在1990年约翰斯顿和尼西做了低速气流的实验，较为明显地展现出在抑制或者是消除流动分离中涡流发

5、生器的重要作用。由于涡流发生器可以产生比较强的纵向涡，所以可以有效减弱甚至消除在紊流区域的流动分流的情况。　　如果射流和主流速度的比值大于0.08及以上时，抑制分离的效果会更加的明显。　　如果侧向的倾斜角是平角，涡流发生器对流动不会产生影响。　　展翼的布置中喷射管会对流动控制产生积极重要的影响作用。　　3问题分析　　在实验和数据分析作用下，我们明确地了解到涡流发生器在抑制流动分离这块的积极意义和广阔前景，但是和固体的涡流发生器对比之后发现，射流发生器的研究深度不够。研究者是通过数据和试验等手段对于流动分离失速控制的应用上有了较大的成果，而在流动控制

6、方面的研究，脉冲射流和合成射流也有了较多收获，但是我们要正确地认识到在涡流的产生和耗散机理上的研究虽然有较大进展，但是还是存在着一些问题，这些问题在实际的应用中主要表现为以下几个方面：　　流动分离控制方面涡流发生器潜力的大小，尤其是流动的主动控制的实现问题，热传导和薄膜冷却技术如何应用纵向涡。　　失速控制上，如何选择最佳的涡流生成喷射管结构；流动控制中，脉冲射流的涡流生成器的频率和振幅的重要影响。　　涡流发生器是一种流动性质的控制策略，减少、抑制流动分离时有着良好的效果，为了保证涡流发生器的流动控制实现有效性，要对流场的内部结构有一个较为细致的了解

7、，并且在设计上能够更好地帮助和指导相关工作的开展。　　如果前向倾斜角小于四十五度时，侧向倾斜角在锐角和之间中间的喷管口能够产生较强的涡，但是部分情况下，侧向的倾斜角为六十度时，可以产生更大的旋涡。分离边界层的纵向深度要有所保证，当倾斜角在三十度以下时，涡生成器的效率最高，最弱的情况是在侧向角小于四十五度，前向倾斜角为直角，流动分离控制所起的作用力是最小的。　　实际的工作中，较大多数情况下，喷管孔的直径会远远小于边界层的厚度，区域薄，所以直径尺寸小，但是管子的孔径尺寸的选择并不固定，喷孔最小的情况下可能为最佳的状态。　　4涡流发生器在离心压缩机流动控

8、制中的应用　　流动机械的运行主要依靠的是叶轮和扩压器的流动分离作用，当他们分离的速度失去控制时就会对压缩机的运行构成危险。