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题目:圆柱尾迹作用下翼型低Reynolds数绕流特性的实验研究

关键词:NACA0012翼型,低Reynolds数流动,流动分离,圆柱尾迹,展向二次涡,边界层/剪切层感受性

  摘要


本文通过氢气泡流动显示、PIV测速、旋涡辨识、POD分析、DMD分析等技术方法,对圆柱尾迹作用下NACA0012翼型的低Reynolds绕流结构演化、扰动的感受性机制等进行了系统研究。结果表明:

对于低Reynolds数NACA0012翼型绕流,其上表面在迎角较小时就出现流动分离现象;随着迎角的逐渐增加,翼型上表面的时均流场按照附着流动——时均分离泡——时均分离后不再附这一规律演化。同时,翼型上表面剪切层内旋涡的卷起位置逐渐向上游移动,剪切层演化形成的涡脱落主导了翼型的绕流流场。此外,时均分离点和转捩起始点也逐渐向上游移动,转捩进程随之加速,表现为扰动增长速率的增大和流动分离后旋涡卷起的加速。

在圆柱尾迹的影响下,尾迹与翼型边界层的相互作用可以划分为两种情形:直接撞击和间接诱导。圆柱尾迹直接撞击翼型前缘时,观测到两种不同的绕流模态;而尾迹诱导下的翼型绕流中,大多数情况下圆柱尾迹能够有效的抑制翼型上表面的流动分离,并主导翼型上表面的流动。

当尾迹能够诱导边界层内生成二次涡或诱发分离剪切层中旋涡卷起时,尾迹锁定了边界层内二次涡的产生频率或分离剪切层中旋涡的卷起频率。圆柱尾迹中的基频扰动在所有工况下均能够进入边界层或分离剪切层。相同迎角下,随着圆柱高度的增加,基频扰动进入边界层或分离剪切层的位置逐渐由前缘向下游移动。同时,基频扰动在边界层或分离剪切层中的增长是二次涡生成的关键因素。

圆柱的高度是尾迹中高频扰动能否进入边界层的主要参数。随着圆柱高度的增加,高频扰动逐渐被边界层所屏蔽:当圆柱高度较低时,二倍频和三倍频扰动与基频扰动同时进入边界层;当圆柱处于适中的高度时,倍频扰动在边界层向下游对流时进入其中,并且有可能导致新的流场结构产生,而三倍频扰动则被屏蔽;当圆柱高度继续升高时,高频扰动则始终被边界层屏蔽。