● 摘要
钝体绕流是流体力学一个经典的课题,前端开口的方柱绕流研究是一个很有研究意义的课题,与许多工程应用都有相关的联系。在文献研究中发现前端开口的钝体方柱对钝体阻力有的降低的作用，并由于不同的开口大小而产生不同的降低程度。然而对不同影响阻力的因子的讨论并没有一个完整地阐述，本文用氢气泡流动显示和粒子图像测速的方法研究了前端开口的方柱绕流，给出了前端开口方柱的流动结构显示、模态分析、不同开槽尺寸对方柱绕流特性的影响，并结合尾迹积分法对不同开槽尺寸的方柱进行了阻力计算。结果表明，前端开口尺寸的变化对钝体方柱流场的流动控制结果明显, 开槽方柱对于前驻 点区合后死水区以及分离区的影响十分明显，通过POD模态分析显示出开槽以后方柱下游尾迹涡的尺度会显著减小。 在文中提到的不同开口尺寸中，雷诺数Re=1118下，特定开槽方柱的尺寸对流动的控制效果十分明显，流场的变化最大。阻力计算的结果表明，对流动控制最为明显的方柱的阻力系数也最小，阻力系数下降最大，相比于无开槽方柱，减阻效果高达57%。不同的开口尺寸对流场的影响有着显著差别，前端开槽尺寸的变化对钝体方柱流场的流动控制效果明显,并具有较为明显的减阻效果，本文对低雷诺数下的钝体绕流，前端开口的方柱阻力变化提出了在流场显示下的减阻成因的分析，与本文实验结果的对比。在雷诺数为50,000下和本试验雷诺数为1118下阻力系数的变化趋势是一致的，然而六组实验中阻力系数的最低点不同，Re=50,000时3-2方柱的阻力系数达到了最低值0.90而2-3方柱达到了最高值1.79；Re=1118时 4-3方柱阻力系数最低，阻力系数为0.7076， 3-4方柱阻力系数最高，达到了1.4399。本文对前端开口钝体绕流减阻这一相关问题上在雷诺数范围、开口尺寸变化上有着很好的补充。