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1、中圖分類號(hào)：V231.3論文編號(hào)：102870215-S124學(xué)科分類號(hào)：082502碩士學(xué)位論文振動(dòng)壁面流動(dòng)控制方法的數(shù)值研究研究生姓名鄒原馳學(xué)科、專業(yè)航空宇航推進(jìn)理論與工程研究方向內(nèi)流流動(dòng)控制指導(dǎo)教師黃國(guó)平教授南京航空航天大學(xué)研究生院能源與動(dòng)力學(xué)院二О一五年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofEnergyandPowerEngineeringTheNumericalAnalysisofVibr
2、ationWallFlowControlMethodAThesisinAerospacePropulsionTheoryandEngineeringbyZouYuanchiAdvisedbyProf.HuangGuopingSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2015承諾書(shū)本人聲明所呈交的碩士學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注和致
3、謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的研究成果，也不包含為獲得南京航空航天大學(xué)或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書(shū)而使用過(guò)的材料。本人授權(quán)南京航空航天大學(xué)可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編學(xué)位論文。（保密的學(xué)位論文在解密后適用本承諾書(shū)）作者簽名：日期：南京航空航天大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要近年來(lái)隨著航空器研制的需要和流動(dòng)控制技術(shù)本身的進(jìn)步，人們?cè)絹?lái)越注重在各種內(nèi)流、外流航空流體機(jī)械中發(fā)展和利用流動(dòng)控制技術(shù)。壁面振動(dòng)流動(dòng)控制方法因?yàn)槠湎鄬?duì)于已出現(xiàn)的周
4、期性吹吸氣、合成射流等對(duì)附面層注入動(dòng)量的控制方法，具有無(wú)外接氣路、結(jié)構(gòu)重量輕、控制分離潛力大等優(yōu)點(diǎn)從而越來(lái)越受到人們的青睞。本文基于振動(dòng)壁面流動(dòng)控制方法的數(shù)值模擬，引入了離散數(shù)據(jù)的李雅普諾夫指數(shù)分析方法和本征正交分解分析方法，開(kāi)展了非定常激勵(lì)控制擴(kuò)壓通道流動(dòng)分離的研究工作，主要工作有：1、采用大渦模擬數(shù)值方法模擬擴(kuò)壓通道中的流動(dòng)分離問(wèn)題，并且在分離點(diǎn)附近安置一段振動(dòng)邊界，采用動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)模擬壁面的振動(dòng)過(guò)程，動(dòng)網(wǎng)格采用彈簧光順模型，并且和流場(chǎng)聯(lián)合求解，模擬了振動(dòng)壁面與流場(chǎng)中渦系結(jié)構(gòu)相互作用的過(guò)程，得到了該作用
5、下擴(kuò)壓通道內(nèi)的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)。2、由于大尺度擴(kuò)壓通道內(nèi)非定常流動(dòng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，以至于難以直接分析，本文引入了本征正交分解方法（POD）來(lái)分析非定常流場(chǎng)，利用POD方法將通道內(nèi)不同尺度的渦系結(jié)構(gòu)剝離開(kāi)單獨(dú)分析，從而有針對(duì)性的研究對(duì)分離起主要作用的大尺度渦系結(jié)構(gòu)。3、數(shù)值模擬了無(wú)控流場(chǎng)通道內(nèi)的內(nèi)流特性，并且采用POD方法對(duì)其結(jié)果進(jìn)行了研究，結(jié)果表明:一階模態(tài)與其他各階模態(tài)有著本質(zhì)上的區(qū)別，比其他各階模態(tài)起碼高了一個(gè)數(shù)量級(jí)；二、三階模態(tài)反映了通道中的大尺度脈動(dòng)結(jié)構(gòu)，其周期性也與主要分離渦較為接近；流場(chǎng)中的能量主要集中在低
6、階模態(tài)中，通過(guò)對(duì)低階模態(tài)的分析就能有針對(duì)性的研究擴(kuò)壓通道流場(chǎng)的流動(dòng)特性。4、研究了頻率對(duì)流動(dòng)控制效果的影響，在振動(dòng)頻率接近分離渦主頻時(shí)，流場(chǎng)主頻的幅值遠(yuǎn)大于無(wú)控情況，該控制下流場(chǎng)的頻譜特性有了明顯的改善。POD分解后，對(duì)能譜的研究表明，合理的振動(dòng)頻率能夠使分離渦的能量向平均流能量轉(zhuǎn)移，從整體上削弱了高階模態(tài)所占的能量，壓制了通道內(nèi)高階模態(tài)對(duì)應(yīng)的復(fù)雜流動(dòng)結(jié)構(gòu)，以達(dá)到抑制流動(dòng)分離的目的。5、研究了不同振幅對(duì)流場(chǎng)結(jié)構(gòu)的影響，隨著振幅變大，通道內(nèi)的相對(duì)總壓損失系數(shù)先降低后增大，表明振幅存在一個(gè)最佳值使流場(chǎng)的總壓損
7、失最小。對(duì)不同振幅下流場(chǎng)POD分解后的結(jié)果表明過(guò)大的振幅雖然會(huì)起到削弱高階模態(tài)的作用，但是同樣會(huì)擾亂平均流，促使一部分平均流的能量轉(zhuǎn)化為脈動(dòng)能量。6、引入混沌學(xué)中的Lyapunov指數(shù)來(lái)分析非定常流場(chǎng)。通過(guò)Takens延遲嵌入定理進(jìn)行相空間重構(gòu)，用C-C算法估算時(shí)間延遲，最后采用Wolf方法計(jì)算最大Lyapunov指數(shù)。并用經(jīng)典的蟲(chóng)口模型來(lái)驗(yàn)證計(jì)算程序的準(zhǔn)確性，在此基礎(chǔ)上分析了流場(chǎng)中監(jiān)測(cè)點(diǎn)的靜壓脈動(dòng)的時(shí)間序列。關(guān)鍵詞：非定常流動(dòng)控制，振動(dòng)壁面，流動(dòng)分離，李雅普諾夫指數(shù)，本征正交分解I振動(dòng)壁面流動(dòng)控制方法的
8、數(shù)值研究ABSTRACTRecently,withthedevelopmentofresearchingaircraftandtheimprovementofflowcontroltechnologyitself,peopleispayingmoreandmoreattentiononusingflowcontroltechnologyondifferentkindsofinternalandexternalairfluidm
