流体分离的主动控制方法研究

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摘要基于大涡模拟(Large Eddy Simulation)方法，结合高阶TCD/WENO[1]混合格式，对马赫数为Ma= 4的超声速来流和平板上的声速侧向射流的三维流场结构特性进行了数值模拟。计算结果显示了来流与侧向射流相互作用时，射流起阻碍作用，在上游形成逆压梯度，诱导多次边界层分离与再附。同时，揭示了流场内的主要波系结构是由桶形激波、弓形激波以及诱导分离激波所组成以及其形成过程。计算结果与相关文献结果相符，准确描述了来流与侧向射流相互作用的过程，为超声速射流干扰流场的研究与应用提供重要支持。63549

毕业论文关键词边界层分离；超声速来流；侧向射流；大涡模拟；三维结构；

毕业设计说明书（论文）外文摘要

Title The research on the active flow control

Abstract Based on the Large Eddy Simulation method, combined with high order WENO/TCD hybrid scheme, the 3D flow characteristics of the sonic lateral jet exhausting into a turbulent MACH 4.0 cross flow over a flat plane have been simulated. The calculated results reveal that, the jet acts as a blunt body obstruction to the incoming flow and the adverse pressure gradient takes place in front of the jet, which induces boundary layer separation and attachment . Meanwhile it reveals that the main flow features are consisted by the bow shock, the barrel shock and the separation induced shock and the formation. The numerical results are in agreement with the experimental data, which can provide important support for the investigation and application of the supersonic jet interaction flow field.

Keywords boundary-Layer Separation; supersonic flow; lateral jet; large eddy simulation; 3D structure.

1绪论 1

1.1 课题背景及意义 1

1.2 研究方法简介 1

2 流体分离的基本知识 3

2.1 主动流动控制的概念 3

2.2 流体分离的必要条件 3

2.3 典型流体分离控制 3

2.4 射流 8

2.5 射流交互流场 9

2.6 流体力学控制方程 11

3 具体算例 11

3.1简介 11

3.2 计算模型 12

3.3 结果与分析 13

结论 22

致谢 23

参考文献 24

1绪论

1.1 课题背景及意义

流体分离的主动控制方法涉及控制科学以及流体力学的领域，因存在较多难以解释的问题，逐渐成为了一个研究的热点。并且随着现代生物技术、纳米技术和信息技术相继产生和发展，21世纪的空气动力学在流动控制领域取得了重大突破。在过去的50年中，被动控制方式仍然占据大部分的流体流动控制，其主要依靠传统的缝翼、襟翼、副翼来实小流动控制。与主动控制方式相比，被动控制方式缺少灵活性，效率低，控制方式较为单一，而且在实际应用中会受到外在环境作用，会产生额外的阻力，严重影响其控制效果。然而，主动流动控制在减少飞行体的阻力、提高升力、增强或抑制旋涡、抑制流体脱体、控制噪音等方面，具有更高的效率和灵活性，因而具有广阔的应用前景，但也面临着更加复杂的理论和实际应用问题[2]。