被动射流旋涡对高速扩压叶栅气动性能的影响

提出了一种利用压力面与吸力面间压差产生射流旋涡的被动流动控制技术以改善压气机叶栅的气动性能,在进口马赫数Ma=0.67的高速扩压叶栅上验证了其有效性。结果表明,射流旋涡可有效增强吸力面附面层与主流间的能量交换,改变下游壁面涡的结构和尺寸,推迟流动分离,减小角区损失。当射流距分离线或端壁较近时,当地较厚的附面层使得旋涡上洗区的掺混损失增加;而射流距分离线或端壁过远时均会减弱下洗区能量注入对角区低能流体的影响;指向端壁的射流会增加壁面涡强度,而沿远离端壁方向过大的偏角则会减弱射流旋涡强度,从而减弱其控制效果。当射流轴向距叶片前缘xj/cx=40%、沿叶高距端壁h/H=15%、射流偏角β=60°时,其改善栅内流动的效果最佳,总压损失减小可达5.2%,而射流流量仅相当于主流的0.27‰。

不定原点喷嘴射流中流体物理的实验研究(英文)

为了能够更好地了解不定源喷嘴(indeterminate origin nozzle)射流中的物理过程,本文应用平面激光诱导荧光技术对一个大尺度的水射流进行了实验研究。流场显示的实验结果表明不定源喷嘴在射流的剪切层引入了蘑菇形反向旋转的涡对。这些涡的矢量方向与射流方向相同或相反,被称为流向涡(streamwise vortex)。由于射流中存在开尔文-亥姆霍兹不稳定,每当一个横向涡(spanwise vortex,即涡的矢量方向与射流方向垂直)从喷嘴脱流时会产生瞬时的低压,该瞬时低压促使向内发展的流向涡对在喷嘴的凹槽处生成。这些涡对在向下游流动的过程中会重组并在喷嘴的尖峰面生成向外发展的涡对。这些流向涡极大地影响了射流的发展。流向涡与横向涡的相互作用促使射流更早地发展成为湍流。由于流向涡同时也在射流中引入了径向的剪切流动,因此导致了更多的湍流生成从而增强了射流与周围流体的混合。

变攻角下被动射流旋涡对高速扩压叶栅性能的影响

对被动射流旋涡(PJV)控制高速扩压叶栅内的流动分离控制展开数值研究,并探究其在变工况条件下的适应特性。结果表明,PJV在设计攻角下可使叶栅总压损失系数降低5.2%,变攻角条件下的损失降低幅度最高可达7.8%,表明其具有较高的控制效率和良好的变工况适应特性。随着攻角的增大,吸力面分离位置提前,射流出口与分离区间的距离减小,PJV能够更为有效地促进附面层内低能流体与主流间的动量交换,使得壁面涡结构得到重新组织,并进一步影响通道涡、集中脱落涡等涡系结构的发展,从而推迟流动分离、减小损失。在综合考虑变攻角流场特性的前提下,应使PJV的作用位置位于分离区上游不远处,所研究的最佳射流位置位于叶片前缘上游40%轴向弦长处。

斜拉索涡激振动的被动自吸吹气流动控制

圆形斜拉索长细比大、阻尼及刚度小,因而其经常发生风致振动,尤其是涡激振动。涡激振动是一种限幅振动,其发生风速较低,因而斜拉索经常发生涡激振动现象,为此提出一种被动自吸吹气流动控制措施来抑制斜拉索涡激振动。通过节段模型气弹试验得到,被动吸吹气控制方法在套环间距适当下使得斜拉索涡激振动区间变窄,甚至可以完全抑制其发生涡激振动。通过分析斜拉索节段模型表面压力分布,得到被动自吸吹气能大幅度降低压力脉动值和脉动风荷载;且模型背风面的平均压力值的平台区也有所提升,表明平均阻力也有所减小。频谱分析表明:此控制方法改变了旋涡脱落模式及脱落强度。最后由尾流速度剖面可得,被动吸吹气流动控制方法缩小了模型尾流区宽度,尾流中的速度脉动也极大降低。折算风速为5.99时,对尾流速度时程做频谱分析可得,吸吹气控制方法能抑制住无控圆柱模型尾流中周期性交替脱落的旋涡。套环控制方法应用于三维柔性索性索模型上,能极大地降低柔性斜拉索的前三阶涡激振动幅值,同时发现套环间距越小,控制效果越强。

涡流发生器控制下横向射流穿透特性及优化

在喷孔上游放置涡流发生器（VG）,采用纳米粒子平面激光散射系统（NPLS）和粒子图像测速（PIV）技术对5种构型的VG诱导横向射流的流场进行了观测,提取其穿透深度并进行对比,结果表明在喷孔上游放置VG使射流穿透深度提高了30%~60%.对VG构型的几何参数、射流/来流动压比及VG流向位置等变量进行敏感性分析,表明射流/来流动压比对射流穿透深度的促进作用最大.根据目标函数进行了优化设计,表明当VG半锥角为36°、坡度为6°、VG尾缘与喷孔中心无量纲距离为38.8、射流/来流动压比为10.6时,无量纲穿透深度存在最优值12.68.