| 倾斜吹吸控制下湍流边界层减阻的直接数值模拟 |
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| 引用本文： | 夏前锦, 连龙, 瞿建雄, 王永生, 薛原, 王强, 赵立豪. 倾斜吹吸控制下湍流边界层减阻的直接数值模拟. 力学学报, 2021, 53(9): 2454-2467. doi: 10.6052/0459-1879-21-223 |
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| 作者姓名： | 夏前锦 连龙 瞿建雄 王永生 薛原 王强 赵立豪 |
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| 作者单位： | *. 鄂尔多斯应用技术学院大飞机学院, 内蒙古鄂尔多斯 017000;; †. 北京动力机械研究所高超声速超燃冲压发动机国防重点实验室, 北京 100074;; **. 永能动力(北京)科技有限公司, 北京 100096;; ††. 中国建筑科学研究院有限公司建筑安全与环境国家重点实验室, 北京 100013;; ***. 清华大学航天航空学院, 北京 100084 |
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| 基金项目： | 国家自然科学基金 (11602123), 内蒙古自治区自然科学基金 (2020MS01012, 2019MS07006)和内蒙古自治区高等学校科学研究项目(NJZY21158)资助 |
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| 摘 要： | 
雷诺切应力是壁湍流高摩擦阻力的重要来源, 有理论认为可以通过壁面生成负雷诺应力(数值上为正)的方式来削弱湍流流场中雷诺应力的分布, 以此获得流动减阻. 而通过对雷诺平均运动方程的法向二次积分, 可以发现壁面生成正雷诺应力(数值上为负)对壁面摩擦阻力系数才有负贡献. 文中在湍流边界层流动的控制区域下边界设置一系列倾斜狭缝, 利用该装置通过周期性吹吸的方法产生壁面生成正(负)雷诺应力, 并采用直接数值模拟方法考察和验证上文提到的减阻理论. 文中采用的湍流边界层流动模型, 其流动雷诺数(基于外流速度及动量损失厚度)从300 发展到860.
文中通过多组数值模拟算例, 考察了射流强度和频率对壁面摩擦阻力系数的影响, 并对比了壁面生成正或负雷诺应力对流动的影响. 研究表明, 壁面生成正雷诺应力控制的减阻率能达到3.26, 而壁面生成负雷诺应力控制的减阻效果较壁面生成正雷诺应力控制的要差; 壁面生成的正雷诺应力对壁面摩擦阻力有负贡献, 而壁面生成的负雷诺应力对壁面摩擦阻力有正贡献; 通过考察控制的收支比, 发现控制方案不能获得能量净收益.
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| 关 键 词： | 直接数值模拟 湍流减阻 湍流边界层 壁面生成雷诺应力 |
| 收稿时间： | 2021-05-24 |
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