单窄条控制件对横向振荡柱体尾流 2P模式 旋涡脱落的改变

横向强迫振荡柱体尾流控制是柱体涡激振动控制的基础,在海洋、土木等工程中具有重要意义. 横向强迫振荡柱体尾流中存在一种锁频旋涡脱落模式,即在一个振荡周期内柱体上、下侧各脱落旋转方向相反的一对涡,称为2P模式. 本文将相对宽度b/D=0.32的窄条控制件置于横向强迫振荡柱体下游,对振幅比A/D=1.25, 无量纲振频f_e D/V_∞=0.22,雷诺数Re=1 200的2P模式旋涡脱落进行干扰,并通过改变控制件位置,研究旋涡的变化规律. 采用二维大涡模拟和实验验证方法进行研究,在控制件位置范围0.8≤X/D≤3.2, 0.4≤Y/D≤3.2内,得到了2P, 2S, P+S和另外6种新发现的旋涡脱落模式,并对各模式旋涡的形成过程作了详细描述. 在控制件位置平面上给出了各旋涡模式的存在区域,画出了旋涡脱落强度的等值线图,并发现在一个相当大的区域内,旋涡脱落强 度可减小一半以上,尾流变窄. 发现柱体大幅振荡引起的横向剪切流在旋涡生成中起关键作用. 探讨了控制件对横向剪切流的影响,分析了控制件在每种旋涡模式形成中的作用机制.      

隔离板对流向振荡圆柱尾流旋涡脱落的抑制

用隔离板对直径为D, 沿流向振荡的圆柱后涡脱落进行抑制. 隔离板放于圆柱尾流中心线上,控制参数包括隔离板长度L/D以及隔离板前缘到柱体振荡中心的距离G/D. 实验的雷诺数范围Re=V_∞D/v=1.01×10⁴～1.69×10⁴,柱体折减振频范围f_eD/V_∞=0～0.03, 柱体振幅固定为A/D=0.2. 风洞烟线显示和热线测量结果表明:当 G/D位于一个有效区域内时,可有效抑制振荡柱体尾流的旋涡脱落. 该有效区的大小随着隔离板板长的增大而增大, 随着Re数和圆柱振荡频率的增大而减小.     

中等雷诺数圆柱尾流旋涡脱落的控制

介绍通过实验对圆柱尾流旋涡脱落进行抑制的方法及其结果.实验模型的展径比为38,实验的雷诺数范围为3×102～1.6×103.抑制方法是在圆柱（直径为D）表面沿展向每隔一定间距伸出一直径0.18D、长度为1.5D的小棒.实验结果表明,当棒间距小于3D,棒与来流夹角在30°～90°范围内,可有效抑制旋涡脱落.     

流向振荡柱体尾流控制研究进展

详细介绍了近几年采用尾部喷射、隔离板和小窄条控制件等3 种方法对流向振荡柱体绕流旋涡脱落的抑制情况. 在研究范围内存在非锁频和3种锁频旋涡脱落模式. 风洞实验表明, 尾部喷射对这4 种模式都有抑制效果,窄条控制件对非锁频和2种锁频模式具有抑制效果, 而隔离板仅对非锁频和1 种锁频模式有效. 在不同流动和振荡条件下找出了每种方法的有效控制区, 研究了减阻和减少脉动力的效果, 并探讨了控制机理.      

低雷诺数下圆柱体的旋涡脱落频率

本文用激光测速技术观测到,在雷诺数50至250的范围内,圆柱体绕流的旋涡脱落频率与来流流速之间的关系存在不连续的突变。为了避免前人实验中存在的疑点,本文用FFT技术对信号进行分析以提高频率的测量精度;用锁相环跟踪技术以实现频率-流速关系的连续自动记录。本文得出,当雷诺数达到150—160时,旋涡脱落频率与来流流速的关系突然由一直线下降到另一直线,频率减小约3％。     

混合层绕流圆柱旋涡脱落的数值研究

对平面混合层绕流圆柱时的旋涡脱落和流动结构进行了数值研究。方法是用一空间、时间三阶精度的有限差分格式解二维不可压Navier-Stokes方程和连续性方程。计算时雷诺数Re取为1000,混合层速度比Ra从0到1,混合层动量厚度θ由0.2到2。     

旋转振荡板尾流的控制研究

桥跨结构发生颤振时的旋涡尾流可由二维强迫旋转振荡板绕流模拟. 在弦厚比B/H = 5的振荡板两侧对称地放置两个宽度比均为b/H = 0.33的窄条, 对尾流的锁频旋涡脱落进行控制. 采用数值模拟和实验验证方法, 对旋涡场、尾流平均和脉动速度, 以及板所受扭转力矩和升力进行研究, 研究的振幅范围β = 0° ~ 10°, 振频范围f_eH/V_∞ = 0 ~ 0.0857, 雷诺数Re = V_∞H/V = 2800. 窄条位置分为板的前缘、中央和尾缘3种, 控制参数为窄条横向坐标y/H. 根据实验结果, 当窄条位置y/H在一定范围, 振幅β = 0° ~ 7.5°, 振频f_eH/V_∞ = 0 ~ 0.08时, 有控制和无控制尾流脉动速度功率谱主峰的比值远低于1, 最低可达0.3左右. 根据数值模拟结果, 当中央控制件位于y/H = ±1附近时, 在振幅β = 0° ~ 7.5°, 和一定频率范围内, 脉动扭转力矩均方根和升力均方根都有大幅下降, 最多可分别降低43%和80%. 引入第一和第二涡黏系数, 将尾流无规则脉动形成的湍流法向和切向应力, 分别与扰动速度幅值的法向和切向梯度相联系, 得到线性稳定性方程. 稳定性分析表明, 施加控制后, 最大扰动放大因子ω_{i max}大幅降低, 扰动增长的频率范围显著收窄. 窄条改变尾流速度剖面形状并增大湍流涡黏系数, 从而减弱尾流的不稳定性.      

薄矩形柱绕流旋涡脱落的抑制

用窄条形控制件对截面宽度为B、厚度为H的矩形柱体绕流的旋涡脱落进行抑制.实验在风洞中进行, 实验范围为B/H=2.0~5.0,Re=V_∞H/\nu=3.75× 103~1.05×104. 矩形柱的宽边B与来流平行, 窄条与柱体等长, 且两者轴线相互平行放置. 窄条宽度为b/H=0.5, 窄条厚度远小于其宽度; 窄条位置可变, 但窄条表面保持与来流垂直. 尾流脉动速度测量和流动显示结果表明: 当窄条位于一个有效区内时, 矩形柱体两侧的旋涡脱落被抑制; 而当窄条位于一个单侧有效区内时, 矩形体一侧的旋涡脱落被抑制, 在另一侧旋涡脱落却仍存在. 有效区范围从矩形体的上游某点一直延续到矩形体的下游某点. 单侧有效区将整个有效区围在其中. 有效区和单侧有效区范围随着B/H的增大而增大, 但随着Re的增大而减小.      

较高Re数圆柱尾流的控制

引入一个窄条作为控制件,在Re=3.0×10 3~2.0×10 4范围内对圆柱尾流进行控制实验。窄条长度与柱体长度相同,厚 度为柱体直径的 0.015~0.025倍,宽度为柱体直径的0.18倍. 窄条的两个长边 与柱中心轴平行, 而且三者共面. 控制参数为窄条位置, 可由间距(窄条到柱轴)比λ/(0.5D)和风向角β (窄 条面与来流的夹角)确定. 采用流动显示和热线测量方法,对控制和未控制尾流的流动状态, 平均速度分布和脉动速度情况,以及作用于柱体和控制件的总阻力进行了研究和比较. 研究结果证明, 当窄条位于柱体尾流中一定区域内时, 可有效抑制柱体两侧的旋涡脱落.有效控制后的尾流湍流度也相应减小. 在不同Re数下,找出了有效抑制旋涡脱落的窄条位置区域, 并用动量积分估计了作用于柱体和窄条上的总阻力与光圆柱阻力的比值及其随风向角的变 化. 对λ/(0.5D)=2.9情况,得到了减阻的风向角区域(β=0°~40°与180°附近)以及最大减阻率32%.以上事实表明,在近尾流局部区域施加小的干扰,可改变较高Re数圆柱尾流的整体性质.     

旋转圆板振动的热力控制

本文研究发现,热力对旋转圆盘动力特性有明显影响.可将此特征应用于旋转圆盘振动的热力自适应控制.仿真和试验均表明,这种控制方法对一些结构振动控制将是一种有效的方法.     

基金重大项目“复杂气体流动中旋涡、分离的流动机理与控制”四年成果的简要总结

旋涡与分离是流体运动的一种普遍形式,其发生、发展、彼此间的相互作用及对外部作用的响应等支配着整个流动．该项目从分析复杂流动入手,采用理论分析、数值模拟和实验研究紧密结合的方法,揭示其流动机理、发展分离与旋涡特性的预示方法,探索有效的控制原理和技术,不...      

矩形智能板弯曲形状的主动控制

研究具有离散分布压电控制器的矩形智能板,在外加电场作用下的弯曲形状与压电元件外加控制电压之间的关系,建立了对智能矩形板的弯曲形状进行主动控制的方法,得到各离散分布压电元件控制电压的解析解,并给出了算例     

钝体绕流的分隔板控制技术研究进展

钝体是工程中一种常见结构,流体绕过钝体时产生的旋涡脱落易诱发结构振动,进而导致结构破坏．钝体后安装分隔板是一种典型的被动控制技术,分隔板推迟钝体尾流区剪切层之间的相互作用,进而有效改变钝体后旋涡脱落及尾迹特性,延长结构寿命,并且可以利用钝体一分隔板结构进行能量收集．本文全面回顾了利用分隔板进行流动控制和能量收集的研究及...     

钝体尾流控制机理及方法研究进展

首先从涡脱落生成理论出发对钝体尾流控制方法进行了分类,并简单介绍了国内尾流控制研究情况. 之后介绍了我们用窄条或小方柱取代小圆柱后,对Strykowsky和Sreenivasan 控制方法的改进及其在高雷诺数下对圆柱和方柱尾流涡脱落的有效抑制情况, 并探讨了控制件钝度对抑制效果的影响.第3部分用实验数据对各个涡脱落生成模型做了分析与检验, 指出控制件方法的机理与改变钝体分离位置、减小钝体背压吸力、改变流动的展向相关性、 防止钝体两侧剪切层相互作用等无关,而与钝体近尾流速度剖面的局部修正及其稳定性的改变有关. 最后简单介绍了控制件方法今后研究工作展望及其工程应用前景.     

单窄条控制件对横向振荡柱体尾流2P模式旋涡脱落的改变

横向强迫振荡柱体尾流控制是柱体涡激振动控制的基础,在海洋、土木等工程中具有重要意义.横向强迫振荡柱体尾流中存在一种锁频旋涡脱落模式,即在一个振荡周期内柱体上、下侧各脱落旋转方向相反的一对涡,称为2P模式.本文将相对宽度b/D=0.32的窄条控制件置于横向强迫振荡柱体下游,对振幅比A/D=1.25,无量纲振频f_eD/V_∞=0.22,雷诺数Re=1 200的2P模式旋涡脱落进行干扰,并通过改变控制件位置,研究旋涡的变化规律.采用二维大涡模拟和实验验证方法进行研究,在控制件位置范围0.8 X/D 3.2,0.4 Y/D 3.2内,得到了2P,2S,P+S和另外6种新发现的旋涡脱落模式,并对各模式旋涡的形成过程作了详细描述.在控制件位置平面上给出了各旋涡模式的存在区域,画出了旋涡脱落强度的等值线图,并发现在一个相当大的区域内,旋涡脱落强度可减小一半以上,尾流变窄.发现柱体大幅振荡引起的横向剪切流在旋涡生成中起关键作用.探讨了控制件对横向剪切流的影响,分析了控制件在每种旋涡模式形成中的作用机制.     

合成射流技术及其在流动控制中应用的进展

流动控制是流体技术最主要的研究领域,21世纪的空气动力学将在流动控制领域取得重大突破; 合成射流是一种基于旋涡运动的零质量射流,是流动控制领域近10年来最热门活跃的流动主动控制技术.首先介绍了合成射流激励器及激励器的基本类型,并概括了激励器的主要发展方向,即宽频域、高动量、``强壮'的合成射流激励器和微小型激励器.尔后,对合成射流激励器工作原理、合成射流结构以及合成射流独特的流场特征和合成射流技术的特点进行了综述.最后着重对合成射流技术主要和潜在应用,如流动分离及气动力控制、射流矢量控制、增强掺混及加强传热和传质、抑制噪声、微流体控制、飞行控制以及粒子的散布控制、合成射流陀螺仪技术等进行了介绍和综述,同时对其在各应用领域的控制机理进行了归纳总结.      

一边简支二角点支承的矩形板弯曲

在分析求解条件完备性的基础上将矩形板的弯曲划分为广义静定问题和广义超静定问题，分别采用直接求解和叠加法解决了一边简支一角点支承和一边简支二角点支承的矩形板在板面分布荷载、板边分布荷载、角点集中力作用下以及角点支承产生支座沉陷时的弯曲。计算表明这种解法收敛快，计算精度高，适用范围广     

导流板对腔口液体自持振荡影响的研究

腔口流体动力自持振荡的频率和导流板的长度有一定关系。本文通过对跨越腔口非稳定层和自持振荡物理论分析，并通过对不同长导流板的腔、低速流激自持振荡均方压力谱分析和实验研究，给出流自持振荡的频率与导流板长度之间的关系。     

各向异性矩形板和环扇形板横向自由振动的一种通用解法

提出各向异性矩形板和环扇形板在弹性边界约束下横向自由振动的通用解法。对于各向异性环扇形板,引入径向对数坐标简化其基本理论。两种不同形状板的几何参数和势能可建立统一的表达式,基于改进Fourier级数和Hamilton原理,从而实现板自由振动问题的统一求解。两种形状板自由振动问题的通用解法具有广泛适用性、高精度和高效性。其收敛性和精度得益于位移的改进Fourier级数的表达,可消除初始横向位移函数及其导数在整个区域内的潜在不连续。所提方法的这些特征通过若干数值算例得到验证。     

悬臂矩形板的对称弯曲

本文用瑞次(Ritz)法研究了悬臂矩形板受均布载荷或集中载荷作用时的对称弯曲问题.选取多项式作为挠曲函数.算例表明,本文结果比文献[2]更加精确,计算过程也十分简单.