壁湍流的复合减阻及能流分析

湍流减阻的技术与机理具有重要的科学和工程意义。近年来,研究者对壁湍流的减阻策略和机理开展了多方位探索。本文回顾了摩阻的能流分析框架,该框架将摩阻系数和能量耗散率定量地结合了起来,清晰地给出了驱动能量和控制能量在相干、随机和平均流动中的耗散原理,该框架的分析思路对复杂控制情况仍然适用;介绍了展向对吹射流引发的大尺度环流减阻方法,该方法可有效地完成速度条带的卷并,抑制流向涡的生成,减弱近壁湍流强度,在摩擦雷诺数为180的槽道流中可达到最佳约19%的减阻率,实现了通过输入相干能量减小湍流随机耗散的控制目标;展示了结合大尺度环流和壁面吹吸气的复合控制方法的优势,该方法实现了远超单一控制方法的减阻效果,在摩擦雷诺数为180时达到最佳约33%的减阻率和32%的净能量节省率。在前人研究的基础上,本文检验了在含肋壁面上施加大尺度环流控制的复合方案,验证了大尺度环流控制的鲁棒性,发现壁面小肋能够在一定程度上减小大尺度环流二次涡的影响,从而有效提升壁面小肋的减阻效率。