圆柱尾流旋涡脱落的激发与抑制

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柱体尾流旋涡脱落的生成与抑制机理的研究,具有重要的理论意义和研究价值,也是众多数值模拟和实验研究的重要课题。  本文主要分为两部分:一是研究高临界雷诺数下圆柱尾流旋涡脱落的激发,通过数值模拟和实验两种方法找到圆柱绕流流场中接近旋涡脱落但是尚未脱离的高临界雷诺数Re=V∞D/ν(V∞为流场入口速度,ν为流体运动粘性系数)=48.8,对圆柱尾流施加瞬时脉冲喷射扰动,判断脉冲点位置和脉冲速度对圆柱尾流稳定性的影响。二是对波动来流流场中固定圆柱尾流旋涡脱落进行抑制。  在第一部分中,在静态圆柱体尾流后方1mm宽狭缝中施加瞬时喷射扰动。通过改变控制参数缝隙位置和喷射速度发现,在下游中存在一个有效区域,在该区域内可以激发出持续时间较长的旋涡脱落。  在第二部分中,流场来流速度为 U=V∞+V0sin(2πfet),研究的雷诺数Re=V∞D/ν=100~200,无量纲振频为0~3.0,来流波动的无量纲幅值为0~0.8,其中V∞是来流平均速度,D为圆柱直径,喷射速度比的范围是Vb/V∞=0~14。可以明显观察到一种非锁频模式和三种锁频模式旋涡脱落。通过在圆柱后方1mm狭缝中施加持续喷射的方法来抑制旋涡脱落。结果表明当喷射速度比Vb/V∞介于最大有效值和最小有效值之间时,可有效抑制旋涡脱落。进而在以feD/V∞为横坐标、以喷射速度比 Vb/V∞为纵坐标的坐标系中找出有效抑制区域,研究来流的雷诺数和来流波动幅值变化对有效区域的影响,并探讨了圆柱尾流旋涡脱落抑制的机理。
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