等离子体激励器展向非稳态吹气实现湍流边界层减阻

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我们日常生活中经常见到的交通工具如飞机、高速列车等均存在较大的摩擦阻力,克服这些摩擦阻力需要消耗很多能量。高速行驶的物体表面存在较大摩擦阻力的原因是在其表面形成的湍流边界层中存在大量的拟序结构,那么如何控制湍流边界层中的拟序结构是减小摩擦阻力的关键。本文通过布置于展向狭缝中的等离子体激励器产生非稳态射流来实现减小摩擦阻力的目的。本课题应用DBD等离子体激励器展向狭缝吹气技术,研究不同激励工况(包括稳态激励、非稳态激励和非对称激励)对湍流边界层减阻效果的影响,实验段基于动量厚度的雷诺数为1450,主要应用热线风速仪以斜率法测得激励器下游的减阻效果,并对控制前后的速度信号进行统计量分析,再通过烟线流动显示技术观测激励器控制前后近壁面湍流结构的变化情况。研究发现在非稳态工况下,减阻量随着占空比和脉冲频率的增加均先增加后减小,在占空比为80%,脉冲频率为100Hz,激励电压为12kVp-p时减阻效果最佳,最大局部减阻量为55%,较稳态工况的43%有明显提高,减阻恢复区为970个壁面单位,与稳态工况(950个壁面单位)基本一致,且两种工况在下游均会有增阻现象发生。在非对称工况下,当不对称度为0.2、0.3时减阻效果明显优于不对称度为0.1、0.4、0.5的工况,减阻量随脉冲频率的变化趋势与非稳态工况相同,均是随脉冲频率的增加先增加后减小,不对称度为0.2、0.3时,减阻量在脉冲频率为100Hz时达到最大。当脉冲频率为100Hz、不对称度为0.3时减阻效果最佳,最大局部减阻量为58%,减阻恢复区为1130个壁面单位,并有效削弱了减阻区后的增阻现象。可以得出非稳态工况可以提高减阻量,而非对称工况即提高了减阻量、又延长了减阻恢复区且能抑制下游增阻现象。
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