振动壁面流动控制方法的数值研究

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1、中图分类号：V231.3论文编号：102870215-S124学科分类号：082502硕士学位论文振动壁面流动控制方法的数值研究研究生姓名邹原驰学科、专业航空宇航推进理论与工程研究方向内流流动控制指导教师黄国平教授南京航空航天大学研究生院能源与动力学院二О一五年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofEnergyandPowerEngineeringTheNumericalAnalysisofVibrationWallFlowCont

2、rolMethodAThesisinAerospacePropulsionTheoryandEngineeringbyZouYuanchiAdvisedbyProf.HuangGuopingSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2015承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为

3、获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文摘要近年来随着航空器研制的需要和流动控制技术本身的进步，人们越来越注重在各种内流、外流航空流体机械中发展和利用流动控制技术。壁面振动流动控制方法因为其相对于已出现的周期性吹吸气、合成射流等对附面层注入动量的控制方法，具有无外接气路、结构重量轻、控制分离潜力大等优点从而

4、越来越受到人们的青睐。本文基于振动壁面流动控制方法的数值模拟，引入了离散数据的李雅普诺夫指数分析方法和本征正交分解分析方法，开展了非定常激励控制扩压通道流动分离的研究工作，主要工作有：1、采用大涡模拟数值方法模拟扩压通道中的流动分离问题，并且在分离点附近安置一段振动边界，采用动网格技术模拟壁面的振动过程，动网格采用弹簧光顺模型，并且和流场联合求解，模拟了振动壁面与流场中涡系结构相互作用的过程，得到了该作用下扩压通道内的流场结构。2、由于大尺度扩压通道内非定常流动结构复杂，以至于难以直接分析，本文引入了本征正交分解方法（POD）来分析非定常

5、流场，利用POD方法将通道内不同尺度的涡系结构剥离开单独分析，从而有针对性的研究对分离起主要作用的大尺度涡系结构。3、数值模拟了无控流场通道内的内流特性，并且采用POD方法对其结果进行了研究，结果表明:一阶模态与其他各阶模态有着本质上的区别，比其他各阶模态起码高了一个数量级；二、三阶模态反映了通道中的大尺度脉动结构，其周期性也与主要分离涡较为接近；流场中的能量主要集中在低阶模态中，通过对低阶模态的分析就能有针对性的研究扩压通道流场的流动特性。4、研究了频率对流动控制效果的影响，在振动频率接近分离涡主频时，流场主频的幅值远大于无控情况，该控

6、制下流场的频谱特性有了明显的改善。POD分解后，对能谱的研究表明，合理的振动频率能够使分离涡的能量向平均流能量转移，从整体上削弱了高阶模态所占的能量，压制了通道内高阶模态对应的复杂流动结构，以达到抑制流动分离的目的。5、研究了不同振幅对流场结构的影响，随着振幅变大，通道内的相对总压损失系数先降低后增大，表明振幅存在一个最佳值使流场的总压损失最小。对不同振幅下流场POD分解后的结果表明过大的振幅虽然会起到削弱高阶模态的作用，但是同样会扰乱平均流，促使一部分平均流的能量转化为脉动能量。6、引入混沌学中的Lyapunov指数来分析非定常流场。通

7、过Takens延迟嵌入定理进行相空间重构，用C-C算法估算时间延迟，最后采用Wolf方法计算最大Lyapunov指数。并用经典的虫口模型来验证计算程序的准确性，在此基础上分析了流场中监测点的静压脉动的时间序列。关键词：非定常流动控制，振动壁面，流动分离，李雅普诺夫指数，本征正交分解I振动壁面流动控制方法的数值研究ABSTRACTRecently,withthedevelopmentofresearchingaircraftandtheimprovementofflowcontroltechnologyitself,peopleispayi

8、ngmoreandmoreattentiononusingflowcontroltechnologyondifferentkindsofinternalandexternalairfluidm