圆管内置梯形翼片的流场特性PIV实验

诱导流体产生纵向涡结构可以有效强化对流换热,因此研究纵向涡发生器的扰流特性对于深化强化传热机理具有重要意义。利用粒子成像测速（PIV）技术,对圆管内置梯形翼片扰流后的流场进行了测量,实验中4个梯形翼片沿周向均布,与管壁夹角135°呈迎流放置,分析了横、纵截面内的流场结构和流动特点。结果显示,管内放置翼片能够诱导形成多纵向涡流动,在下游产生了4个对称的涡偶,每个涡偶对应的两个涡旋转方向相反,形成了内侧向壁流,外侧背壁流的流动结构,增大了垂直于主流方向上的速度分量。实验涉及的Reynolds数范围内,翼片下游横截面内的横向速度和径向速度分别达到主流均速的27%和20%以上;纵向涡沿壁面向下游发展可对流体产生持续扰动,使近壁流体的速度相对于光滑管提升了约1.0～3.6倍;翼片对流体的扰动作用随着Reynolds数的增大而增强,对于圆管内对流换热的强化具有促进作用。

不同翼片扰流特性的PIV对比实验

利用粒子成像测速(PIV)技术对圆管内置梯形翼片后方流场进行了测量,分析了翼片迎流(UFW)和顺流(DFW)两种放置方式对流场的扰动特性。结果表明,迎流翼片形成的涡沿周向延展范围较大,持续性好,涡偶内侧为向壁流;顺流翼片形成的涡沿径向延展范围较大,在较短距离内扰动较为明显,涡偶内侧为背壁流。两种流动结构都能有效提高壁面附近的速度分量,促进主流和壁面附近流体的质量交换。随着Reynolds数增大,纵向涡的稳定性减弱,在Re=3000时,翼片的扰流效果均较好。

带不同形状翼尖帆片的机翼地面效应实验研究

翼尖帆片将原型机翼集中的翼尖涡分散成多个小涡,加快翼尖涡的耗散,从而降低机翼诱导阻力。为进一步了解翼尖帆片对机翼在地面效应下流动特性的影响,分别对安装有3片椭圆形和梯形帆片的NACA4412机翼开展了风洞实验研究。测量了2种帆片机翼的气动力和翼尖涡结构,并通过比较流动结构,分析了2种机翼气动力产生差异的原因。机翼的升、阻力用六分量盒式风洞天平测量,翼尖涡速度分布用七孔探针扫描获得,以机翼弦线为特征长度的雷诺数为1.5×105。当远离地面时,梯形帆片与椭圆帆片的升、阻力差别较小,但随着机翼逐渐接近地面,梯形帆片的增升减阻效率逐渐高于椭圆帆片。而机翼升阻力的差异,主要是由于局部气流方向角对各帆片形成的有效迎角有所差别,使得帆片对主翼产生不同的增升和减阻贡献。

地面效应条件下翼尖帆片形状对机翼气动特性和速度场影响的实验研究

该文通过对分别安装有梯形和椭圆形翼尖帆片的NACA4412机翼进行气动力和翼尖附近弦向速度场的PIV测量,研究了在地面效应条件下两种不同帆片机翼流场特性的差异及流动分离对气动力的影响。实验在回流式风洞中进行,以机翼弦线为特征长度的雷诺数值为1.5×105。实验结果表明,在各飞行高度下,梯形帆片机翼的升阻比均大于椭圆帆片机翼,具有更好的增升减阻性能,且飞行高度越低,两种机翼的升阻比差距越大。主要原因在于相同攻角下梯形帆片对梢部的流动分离控制效果优于椭圆帆片。地面效应改变了翼面的流场分布,各帆片对流动控制所起的作用不同,其中中间帆片对流场的变化起主要影响。