边界条件对有限长正方形棱柱气动力的影响

通过风洞实验研究了均匀流与湍流边界层中一端固定于壁面、另一端为自由端的有限长正方形棱柱气动力特性。实验模型宽度d=200 mm,高宽比H/d=5。基于自由流风速U_∞与d的雷诺数Re_d=0.68×10~5~5.47×10~5。研究发现,均匀流与湍流边界内有限长正方形柱气动力均不存在明显的雷诺数效应。棱柱局部时均阻力系数C_D、脉动阻力系数C＇_D和脉动升力系数C＇_L沿展向存在明显差异。湍流边界层会增大C＇_D与C＇_L。且均匀流中脉动风压与气动力的双稳态现象在湍流边界层内基本消失。经POD分析,确定了对称与反对称等两种典型风压分布状态对脉动风压的贡献率。均匀流中,柱体两端附近风压脉动由对称或准对称风压分布所控制;而柱体中部则由反对称风压分布控制。湍流边界层中所有高度风压脉动均由反对称风压分布控制。两种边界条件下,仅反对称形态的POD模态具有明显周期性并对柱体气动力周期性起支配作用。尽管对称风压POD模态在某些位置占支配地位,但其无明显周期性。

高宽比为5的悬臂正方形棱柱气动力特性

通过风洞实验研究了一端固定于壁面、另一端为自由端的三维正方形棱柱气动力特性。实验中模型宽度d=200mm,高宽比为5,来流风速为U∞=13m/s。基于U∞与d的雷诺数Red=1.73×105。研究发现,三维方形棱柱时均阻力系数(CD)与升力系数根方差值(C′L)都明显小于二维方柱的对应值,且三维方形棱柱的涡脱落频率也相对较低。三维方柱绕流与气动力存在2种典型状态:一种是类似卡门涡街的展向涡交替脱离状态,此时柱体阻力较大,且升力出现大幅周期性波动;另一种是展向涡呈准对称状态脱落,此时阻力较小,而升力无明显周期性波动。第一种状态所对应的C′L明显大于第二种状态的对应值,在柱体下半部分前者C′L为后者2倍左右,2者差异随着向自由端的靠近而逐渐减小。此外,当第一种状态发生时,有限长棱柱气动力的展向相关性也明显强于第二种状态。上述2种典型状态交替随机出现,使有限长棱柱气动力具有明显的非平稳特性。