条带控制边界层转捩实验研究

admin · 发表于 2024-1-30 21:55:37

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边界层内引入条带结构控制转捩是近年来提出的新思想。现有的研究表明，条带对转捩边界层的T-S波具有抑制作用，并可能延迟转捩的发生。但关于条带对T-S波后续不稳定引起的结构及发卡涡等的影响及其对转捩的意义研究尚不透彻；同时，现有实验采用的人工粗糙元方法生成条带振幅有限，限制了其作用的发挥。本文通过实验研究设计了一种向边界层内引入条带结构的新方法，称之为壁面斜孔抽吸方法。同时，在条带下游通过狭缝零流量周期性脉动微弱射流扰动分别激发边界层内不稳定T-S波及固定展向位置发卡涡，改变条带条件，研究它们的相互作用以及对转捩的影响。实验主要结论如下：1.壁面斜孔抽吸方法能够有效地向边界层内引入条带结构，条带是通过抽吸生成流向涡对的“抬升效应”而形成。条带沿流向呈现先增大，达到最大值之后逐渐衰减的“短暂性增长”过程；同时，条带法向最大扰动位置比人工粗糙元方法更靠近壁面。2.条带结构的振幅会随抽吸流量的增加而增大，通过该方法能够得到的稳定条带结构最大振幅达28.4% ，相比于常用的人工粗糙元方法的12% 要大很多，这为之后进行的转捩控制实验奠定了良好的基础。条带振幅会随抽吸斜孔倾斜角度的增大而减小。3.条带结构与T-S波的相互作用表明，条带能够抑制边界层内T-S波的发展，并最终遏制下游流动紊乱化的出现，延迟转捩的发生；条带结构对边界层转捩的控制效果随条带振幅的增大而增强，随条带展向间距的增大而减小。4.在T-S波基础上引入三维扰动激发产生固定展向位置发卡涡，并加入条带结构进行控制，发现条带能够抑制发卡涡的形成与发展，并进一步遏制流动紊乱化的形成及转捩的出现；在本文的观测条件下，条带结构与固定发卡涡不同展向相对位置对控制效果并无明显影响。

条带控制边界层转捩实验研究

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