等离子体激励器对圆柱尾流控制的实验研究

论文摘要

围绕圆柱体的流动已经被广泛研究,有着了一百多年的历史,尽管它的模型较为简单但它包含各种复杂的流动特性。由于其广泛的工程应用以及由流体,尾流紊流,声学噪声等引起的振动的相关问题,科研人员已对其进行了广泛的研究。控制圆柱后面涡旋脱落的问题具有很大的技术意义。控制涡旋脱落的能力可用于减少阻力,抑制噪音,减少振动,并增加混合或热传递等。许多研究人员已经研究了控制这种涡旋脱落的不同方法,其研究目标是抑制涡旋脱落,进行分离控制以及脱落的锁定或同步等。控制方法取决于不同的目标以及来流的雷诺数。为了控制涡旋脱落,研究人员在他们的研究中考虑了多种包括主动控制和被动控制的方案。本课题所探究的是通过等离子激励器在高压电下所产生的离子风对空气流过圆柱的尾流进行主动控制。测试圆柱使用石英管制作,直径20mm,长度300mm,使用的等离子激励器分别为线型等离子激励器和锯齿形等离子激励器,实验时所选用的雷诺数范围为0.525×10~4至1.58×10~4。利用不同大小的锯齿,并通过对电压,激励频率,占空比,锯齿的高宽比等参数的改变,探究其对控制圆柱尾流的效果影响。根据实验结果可以发现,在雷诺数等于0.525×10~4时的最大减阻达到52.6%,在雷诺数等于1.05×10~4时为21%。在雷诺数等于0.525×10~4时,锯齿型激励器的最大减阻率为46.68%。对于锯齿等离子体致动器,在锯齿的高宽比等于0.1和0.35时减阻效果表现良好。当雷诺数从0.525×10~4增加到1.05×10~4后阻力系数的减小明显减弱,这是因为在高雷诺数下剪切层的强度很强,导致减阻效果变弱。在等离子激励器非稳态放电的工况下,占空比等于50%时减阻效果良好并且与等离子激励器稳定持续放电相比可节省较多能量。流体可视实验中可以观察到加上等离子控制后边界层分离位置已移动到圆柱表面的后部。通过与未加控制的圆柱尾流进行比较,我们可以看到尾流结构发生了显着变化,很明显卡门涡街已被抑制。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• Acknowledgements
• Nomenclature
• Chapter1 Introduction
•   1.1 Background
•   1.2 Literature review
•   1.3 Objectives
•   1.4 Thesis outline
• Chapter2 Experimental Setup
•   2.1 Experimental details
•     2.1.1 Test cylinder
•     2.1.2 Load cell
•     2.1.3 PIV
•   2.2 Experimental setup
•   2.3 Summary
• Chapter3 Preparation for Experiments
•   3.1 Calibration of load cell
•   3.2 Validation of force measurement
•   3.3 The system of power supply
•   3.4 Summary
• Chapter4 Results and Discussion
•   4.1 Force measurement
•   4.2 Flow structure by smoke-flow visualization
•   4.3 Flow structure by PIV
•     4.3.1 The normalized time-averaged vorticity
•     4.3.2 The normalized time-averaged streamwise velocity
• rms^* streamwise velocity'>    4.3.3 The normalized time-averaged u_rms^* streamwise velocity
•   4.4 Summary
• Conclusions
• References
• 摘要

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 杨枫

导师: Alam Md. Mahbub

关键词: 流动特性,等离子体激励器,漩涡脱落,减阻

来源: 哈尔滨工业大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 力学

单位: 哈尔滨工业大学

分类号: O357.52

DOI: 10.27061/d.cnki.ghgdu.2019.002456

总页数: 58

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