展向电磁力对舵面的湍流减阻控制

将电磁激活板包覆于舵面体表面并置于流动的弱电介质溶液中(如海水),通过产生的电磁力对舵面体表面的流体边界层结构进行控制.基于近壁湍流的拟序结构理论,分析了在湍流状态下展向电磁力的方向、强度、脉动方式与作用频率对湍流减阻的控制作用效果.研究结果发现,一定强度和间歇频率的展向电磁力能够有效地减小湍流状态下的舵面体所受到的流体阻力,表明湍流边界层上的展向电磁力能够影响控制舵面的湍流流体动力学特性.

槽道湍流的法向与展向电磁力壁面减阻

法向与展向电磁力可以有效调制湍流近壁流动及减少壁面摩擦阻力。为进一步揭示该方法的减阻机理,利用Fourier-Chebyshev谱方法,通过直接数值模拟(DNS),对槽道湍流的法向与展向电磁力控制和减阻问题进行了研究。结果表明,对于确定的流向波长λx+,存在最佳的电磁力强度St,使阻力降最大,最佳St与λx+成反比。法向与展向电磁力对湍流的控制过程实质上是一种由电磁力诱导的调制波对壁湍流的调制过程。在优化参数控制下,当法向与展向电磁力诱导的流场被用来调制固有的近壁湍流流场时,固有流场和诱导流场同时受到调制。在这种调制波作用下,调制流场逐渐主宰壁面边界层,这导致了壁面阻力的下降,平均减阻率最高可达8%。

展向电磁力控制鱼雷模型湍流边界层减阻实验研究

为了减小高速鱼雷在发射过程中所受到的湍流黏性阻力(即摩擦阻力),提高鱼雷的性能,在鱼雷表面包覆电磁激活板,电磁场激励产生的展向电磁力(也称洛伦兹力)作用于鱼雷表面的湍流边界层,通过电磁体积力与湍流拟序结构的相互作用可以减小鱼雷受到的摩擦阻力;针对实验鱼雷模型,在装有盐水的水池(长25m×宽3m×高1.5m)中进行拖曳实验,实验鱼雷模型长1m,直径0.1m,头部结构为半球,尾部结构为锥体。实验结果表明:1m/s拖曳速度下(雷诺数的量级为106,特征长度为鱼雷模型长度),模型表面的流体边界层为湍流边界层,展向周期性电磁力控制作用后,鱼雷所受阻力减少17.47%,有一定的减阻控制效果。

流向传播的展向电磁力壁面减阻

文章采用直接数值模拟方法,对流向传播的展向Lorentz力作用下槽道湍流的壁面减阻效果和减阻机理进行了研究,通过改变电磁力强度A和流向波数kx,可以使壁面阻力明显减少。讨论了电磁力强度A和流向波数kx对湍流猝发事件及壁面减阻率的影响。结果表明,A或kx有一不变另一增加时,湍流猝发频率和猝发强度的变化趋势是相同的,先减小并同时达到最小后增加。故存在最优参数A、kx,使减阻效果最好。

槽道湍流展向振荡电磁力减阻的机理研究

对槽道湍流的展向振荡电磁力控制进行了实验和数值研究.实验通过PIV系统和浮动床阻力测试系统记录近壁区的条带变化和壁面阻力变化.计算时,利用谱方法直接模拟电磁力控制下的近壁流场.实验和计算结果定性一致,皆表明展向振荡电磁力可以减少壁面阻力,并使条带倾斜.计算结果还进一步揭示了电磁力减阻的机理.电磁力诱导产生的流向涡与壁湍流的相互作用,在近壁处形成负的脉动展向涡,该涡将导致流向涡的倾斜和振荡,从而抑制湍流,减少壁面阻力.

基于空间变化展向电磁力的槽道湍流壁面减阻特性研究

槽道湍流空间变化的展向Lorentz力可以有效干扰湍流拟序结构,抑制壁湍流的产生,达到良好的减阻效果。该文以槽道流形成的充分发展的湍流边界层为基本研究对象,利用Fourier-Chebyshev谱方法,通过直接数值模拟(DNS),对槽道湍流空间变化的展向Lorentz力控制和减阻问题进行了研究。传统方法往往直接对湍流进行研究,但由于湍流结构的复杂性,减阻机理不能完全解释清楚。为解决上述问题,提出了Lorentz力对湍流的控制过程实质上是诱导流场与固有流场相互作用。首先分析了诱导流场展向速度分布特点,然后介绍了固有流场典型特征,进而把调制流场和诱导流场、固有流场进行对比,发现调制流场是通过诱导流场与固有流场相互作用实现的。研究结果表明,在优化参数控制下,诱导流场逐渐主宰壁面边界层,这导致了壁面阻力的下降,平均减阻率最高可达39%。

展向行波电磁力控制下的槽道湍流雷诺应力

为研究槽道湍流的电磁力减阻控制问题,采用直接数值模拟(DNS)方法对槽道湍流的展向行波电磁力控制问题进行数值研究.讨论了由展向行波诱导的诱导流场对槽道湍流流场的调制过程,分析了控制前后雷诺应力离散点分布、平均雷诺应力分布以及雷诺应力波谱分布的规律.研究表明,在合适参数条件控制下,展向行波电磁力的控制不仅使近壁条带结构基本消失,形成加宽的低速条带,而且能使控制后的流场中涡结构几乎消失,而仅剩下由展向行波电磁力诱导产生的带状负涡结构,同时展向行波电磁力在一定程度上抑制了湍流的脉动,减小了雷诺应力,最终使壁面阻力下降.

确定空间分布的展向Lorentz力作用下槽道湍流的壁面减阻

文章采用直接数值模拟方法,对具有确定空间分布的展向Lorentz力作用下槽道湍流的壁面减阻效果和减阻机理进行了研究,讨论了电磁力强度A和流向波数kx对湍流流场的展向速度、条带、流向涡、Reynolds应力分布和壁面减阻率的影响。结果表明,湍流固有流场和电磁力诱导流场之间相互调制,存在最优参数A、kx,使得诱导流场主宰壁面边界层,减阻效果最好。

槽道湍流的展向振荡电磁力壁面减阻

采用直接数值模拟方法,对槽道湍流的展向振荡电磁力的减阻效果和减阻机理进行了研究,讨论了电磁力强度和振荡频率对湍流猝发事件以及壁面减阻率的影响.结果表明,电磁力强度或振荡频率变化时,湍流猝发频率和猝发强度的变化趋势是相反的,所以存在最优参数使得减阻效果最好.等价壁面展向速度可以很好地描述电磁力强度和振荡频率的变化对减阻效果的综合效应。

槽道湍流展向振荡电磁力控制的实验研究

对槽道湍流的展向振荡电磁力控制进行了实验研究,讨论了展向振荡电磁力对宏观流场、近壁湍流结构以及壁面阻力的影响.采用谱方法进行了数值模拟的对比.数值模拟和实验结果均表明展向振荡电磁力能够使近壁区域的宏观流场产生周期性振荡,并影响壁湍流的条带结构,使其在展向上发生倾斜,从而使壁面阻力减小.