多孔吸气诱导的三维边界层流场的数值研究

admin · 发表于 2024-1-24 22:49:46

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层流流动控制技术能够有效地扩大机翼表面层流面积、延迟边界层转捩发生，从而达到减阻效果，该技术是现代飞机机翼设计的重要课题之一。目前，在各种层流流动控制技术中，表面离散孔吸气技术是一种行之有效的控制方法，具有广阔的应用前景。本文针对实际中应用的0.1mm典型吸气孔径，应用Fluent求解器数值计算了单孔和多孔吸气诱导的三维边界层流场。研究了不同吸气速度、位移边界层厚度对单孔以及多孔吸气诱导的层流边界层流场特性的影响规律；并探讨了孔间距和孔的相对位置对孔下游吸气诱导的层流边界层流场特性的影响，主要研究成果如下：1、揭示了不同吸气速度和位移边界层厚度对孔吸气诱导的层流边界层流场特性的影响规律。在任意大于零的吸气速度下，孔下游都会形成类似“牛角”形的反向旋转的纵向涡对，同时孔上游存在一个流管，这个流管所包络区域内的气流全部被吸入孔内。随着吸气速度和位移边界层厚度的增加，纵向涡对的涡核中心间距逐渐增大，流管高度和宽度也相应增大；吸气会使边界层变薄，从而使近壁区速度梯度增大，即壁面剪切应力增大。2、获得了孔间距对孔下游诱导边界层内纵向涡的影响规律。，，时，相邻孔吸气诱导的纵向涡会相互作用形成一个周期性脱落的“马蹄涡”，其脱落周期为0.017s。离散孔吸气的最佳孔间距为。在此条件下，随着吸气速度的增加以及位移边界层厚度的减小，都会使得纵向涡的涡量峰值增大，从而对边界层的稳定性产生负面影响。因此在满足流动控制的条件下尽可能的选择小的吸气速度，并且在层流边界层即将发展为湍流边界层的位置进行层流流动控制。3、获得了吸气孔相对位置对诱导边界层流场特性的影响规律。最佳的吸气孔相对位置为前后排孔对齐排列，这样可以减小纵向涡对下游流场稳定性的影响，增加边界层抵抗逆压梯度的能力。上述研究成果可为大型飞机机翼层流控制技术的应用提供理论参考依据，具有重要的工程应用价值。

多孔吸气诱导的三维边界层流场的数值研究

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