● 摘要
主动流动控制技术是未来航空器概念革新的关键技术之一。等离子体合成射流是一种全新的主动流动控制概念，它避免了以往传统合成射流工作频率、集成以及维护的缺陷，其产生的垂直于物面的射流可以穿越边界层，促进高速主流与边界层内低速流体的动量交换，从而能更好的实现对边界层的控制。本文采用体积力唯象模型模拟等离子激励器，通过求解雷诺平均的Navier-Stokes方程研究了等离子激励诱导壁面射流以及等离子合成射流，给出流场的时均和非定常特性，并对工作参数及几何参数的影响进行了研究，对该项主动控制技术的工程应用具有一定的指导意义。论文的主要工作与结论如下：1. 定常等离子体诱导壁面射流：模拟了定常等离子激励诱导壁面射流在边界层内的发展，通过与已有计算和实验结果进行对比，对本文所采用的计算方法进行了验证，并给出了定常等离子体诱导壁面射流的一般特性。2. 非定常等离子体诱导壁面射流：研究了激励强度、波形和频率对流场结构的影响。结果表明，等离子非定常激励在边界层内形成系列涡对，并沿流向以指数型逐渐衰减。激励波形对等离子体激励诱导流场结构没有明显的影响，流场中所诱导涡系的强度主要取决于信号有效激励强度，而激励频率主要影响涡的流向间距。3. 等离子体合成射流流场特性：研究了非定常等离子体合成射流的时均和非定常流场特性，指出非定常激励诱导的涡在激励器附近发展，在远场融合成为连续射流。由于没有吸程作用，在整个激励周期内，射流流向速度均为正值。通过与定常等离子合成射流以及平面湍动射流对比，指出其流向速度型的自相似性、流向速度的衰减、射流半宽度沿程变化以及流量增长规律均与平面湍动射流相同；而其对周围静止流体的掺混以及动量输出要大于定常等离子体合成射流。4. 参数变化对等离子体合成射流的影响：研究了激励强度、频率和激励器间距对等离子体合成射流的影响。结果表明在较小的频率激励下(f40Hz)时，射流流向速度波动变小，影响范围仅限于激励器附近；对于时均流场，射流的流向速度，流量和动量通量都随激励强度增大而增大，射流半宽度基本保持不变；激励器间距在一定范围内影响射流宽度，进而影响射流流向速度。