可压缩气体合成射流微喷优化设计

借助Fluent软件,基于标准k-ε湍流模型和PISO算法,采用动网格方法构造动边界条件,在可压缩模型下,对二维、黏性、非定常气体合成射流微喷的频率特性及影响射流性能的3个关键因素(驱动频率、振动膜峰值速度和喷口尺寸)进行数值模拟,为合成射流微喷的优化设计提供了依据.结果表明,在可压缩模型下,合成射流微喷的频率特性仿真结果与理论计算结果较吻合,验证了其在可压缩气体模型下仿真的必要性;同时,对任一给定的合成射流微喷,驱动频率和喷口宽度存在最优值.  

合成射流控制下低压高负荷透平叶片边界层分离大涡模拟

为了研究合成射流对低压高负荷透平叶片边界层流动分离进行控制的效果及机理,采用大涡模拟方法对利用合成射流控制低压高负荷透平Pak-B叶栅内的非稳态流动分离特性进行了研究.在合成射流控制下的结果表明:Pak-B叶栅吸力面流动分离位置变化不大,再附位置明显提前,叶栅吸力面尾缘区域逆压梯度明显减小,总压损失系数降低,分离泡尺寸缩小;叶栅吸力面大部分剪切层黏附于壁面,也未出现大尺度二维展向涡,静压脉动特征频率向高频转移,低频脉动幅值降低,大尺度涡旋结构发生变化.通过研究还发现:在吹气过程中,边界层外部高能流体被射流卷吸进入边界层内,边界层内流体能量增大进而抑制了分离;在吸气过程中,射流孔上游区域边界层厚度减小,流速增大,从而抑制了下游流动分离.  

压电合成射流激励器LEM方法研究

基于线性复合平板理论,将机-电-声等效方法应用于压电合成射流激励器,建立了激励器的集总参数模型(LEM).借助ANSYS软件和Matlab软件提取等效模型的关键参数,并使用Matlab软件对合成射流激励器的LEM模型进行了仿真.仿真结果与实验测试值进行了对比,两者吻合得较好.与传统仿真方法相比,所提出的LEM方法具有操作简单、耗时短、占用资源少和效率高等优点.  

合成射流对类车体流动控制的影响

基于大涡模拟对有无合成射流控制的三维类车体流场进行仿真，与试验结果对比，验证仿真方法有效.平均场结果表明，当合成射流出口位于顶盖和斜背交界处时，可减弱流动分离, 缩小回流区, 改变背压，降低阻力.频谱分析显示，当激励动量系数超过1.0×10-4时，斜背表面压力、回流区速度和涡量以及阻力系数功率谱密度对应的峰值频率皆为激励频率.瞬态流场分析结果指出，合成射流与外流之间的交互作用导致了阻力系数曲线中出现周期性改变的波谷和波峰.  

等离子体合成射流的能效特性实验研究

本文针对两电极火花放电等离子体合成射流发生器,提出以发生器出口射流动能与所耗电能之比的无量纲参数——能效因子η,用以表征合成射流发生器的能效特性；分别采用皮托管测量射流出口流速,采用功率计测量合成射流发生器耗用的电能。经过实验考察加载电参数、电极间距对射流发生器功率与射流速度的影响,从而得出能效因子η的变化规律。研究成果可为火花放电等离子体合成射流的应用提供参考。  

合成射流对脉动气动载荷的相位控制

提出了通过合成射流控制脉动气动载荷相位来抑制结构物涡激振动的思想.为了验证合成射流对脉动气动载荷的相位控制功能和研究实现合成射流相位控制功能的参数范围，采用CFD软件对有无合成射流控制下，E214翼型周围的二维非定常流场进行了数值模拟，得到了翼型升力系数的时间历程.对有无合成射流控制情况下，气动载荷的时间历程进行快速傅利叶变换.给出了大迎角下无合成射流控制时脉动气动载荷的主频，及判断合成射流能否实现相位控制的方法.应用该方法对一系列数值模拟的结果进行分析判断，得到合成射流能实现相位控制的速度-频率参数范围.结果发现合成射流的相位控制功能受合成射流喷射速度和喷射频率的影响很大.当合成射流喷射频率与无合成射流作用下脉动气动载荷的主频非常接近时，只需较小的控制能量就能实现相位控制.而当合成射流喷射频率偏离无合成射流作用下脉动气动载荷的主频时，则需要较大的控制能量才能实现相位控制.  

高能压电合成射流激励器的实验研究

为有效控制飞行器边界层的流动分离和增强掺混,提出了一种全新的流动控制技术.采用微细加工技术成功地制作了压电合成射流激励器,并对其流场特性进行了测试,得到了激励器的流向和展向射流速度分布规律以及流向速度与频率之间的关系.结合理论分析和数值模拟,验证了实验结果的合理性,对合成射流激励器的优化设计提供了重要参考.从流向速度与频率关系曲线中,获得了Helmholtz频率(fH=425Hz)及压电薄膜的固有频率(fM=850Hz).流向速度分布曲线表明,中心线速度最大值出现在喷口下游.  

合成射流数值模拟方法对比

为了得到最佳的合成射流模型用于合成射流主动流动控制的数值模拟研究,通过求解二维非定常RANS方程,在网格和边界条件等一致的情况下,对比研究了出口速度模型、单连通域模型和动边界模型等3种合成射流模拟方法的优缺点和适用范围,并与实验结果进行对比分析.结果表明:3种模型对射流的速度都有较好的捕捉能力,在考虑激励器振动膜运动的空间分布与时间分布因素的基础上,动边界模型包含对激励器腔体体积变化率建模,对合成射流漩涡空间分布和强度分布有准确的捕捉能力,是数值模拟应用的理想模型.  

不同孔口构型合成射流激励器的低速翼型分离控制特性

为探索孔口构型对合成射流激励器流动控制效果的影响，采用数值方法研究了4种不同孔口构型的合成射流激励器对大攻角20。下NACA0015翼型分离流动的控制特性。通过对翼型气动力特性、脱落旋涡结构以及射流孔口附近流动结构的分析，阐述了合成射流的边界层分离控制机理。首先在距离翼型前缘10％、20％、30％弦长位置安装激励器进行数值模拟，得到20％弦长的激励器方案效果最好。然后在此位置处，采用设计出的“凸台型、凹台型、斜出口”以及常规平台型等4种孔口构型的激励器进行流动分离控制。结果表明，在所有方案中，流动控制效果最佳的方案是喷口向流动方向倾斜的孔口构型；在这种方案下，射流与主流掺混使得边界层的动能增大，抗反压能力增强，并且由于喷出的气流方向与主流方向夹角很小，掺混后的气流流动方向与主流相近，从而使得边界层分离被大大削弱甚至消失。  

低压透平叶片表面合成射流非定常流动控制机理研究

基于Langtry-Menter转捩模型的SST湍流模型,通过求解三维非定常雷诺时均Navier-Stokes方程,数值研究了低雷诺数下合成射流涡发生器对Pak-B低压透平叶片吸力面流动分离的影响,揭示了低压透平叶片表面合成射流非定常流动的控制机理.结果表明,引入合成射流涡发生器能够抑制甚至消除低雷诺数下叶片吸力面上的流动分离.在雷诺数为25 000、自由流湍流强度为0.08%下,提高射流控制频率有助于增强合成射流涡发生器对低压透平叶片表面流动分离的控制效果,减少流动损失.当控制频率为10Hz时,叶栅出口的相对总压损失系数为0.42;当控制频率增加到20Hz时,相对总压损失系数仅下降到0.41.这表明,当合成射流控制频率大于10Hz时,继续增加控制频率来减少叶片表面流动损失的效果是不明显的.