流体分离的主动控制方法研究(3)

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2. 限差分法（FDM）

3. 有限体积法（FVM）

前者是将无限维系统进行划分成离散的区域，利用变分原理来求解各个区域的局部解，从而得到整体的结果；而后者则是通过划分网格，用差分逼近微分（积分）的手段来解代数方程组，从而完成求解过程。两种方法各有各的优点。针对于不同问题、方程的近似条件和简化条件不同，具体细节处理也会不同。

网格生成技术，作为数值计算和求解中的重要手段，主要分为结构化网格和非结构化网格[5]。结构化网格是指比较规则，分布有规律的网格，比如矩形网格，这种网格一般用于有限差分法中。非结构化网格则是指大小和分布并不均匀的网格，这种网格对于复杂边界和区域的适应性非常强，主要用于有限元法。

目前，CFD的软件有很多，其中比较有名的是FLUENT和CFX等，功能较为齐全，求解的问题也比较广泛。合理使用这些软件以及各种前后处理软件（如TECHPLOT、GAMBIT、ICEM-CFD等）就能比较方便地完成数值模拟和结果查看，便于研究分析问题。文献综述

2 流体分离的基本知识

2.1 主动流动控制的概念

流动分离是一种常见的流动现象，流体流经圆柱、大功角翼、孔穴等物体时，会发生流动分离现象。流动分离不仅会增加飞行体所受阻力，在一定条件下还会产生振荡，进而引起流致振动或噪声，以及结构疲劳等不良后果。因此对流体分离进行有效控制的研究具有重要意义[7]。

主动流动控制技术是有辅助能量引入的控制方式，在流动环境中直接注入合适的扰动模式，以与系统内在模式相耦合达到控制的目的，可用于抑制流动分离、减小阻力、增加升力、压气机扩稳增效、抑制噪声、改善掺混、提高燃烧稳定性和燃烧效率、产生矢量推力以及增强传热和传质等[8]。

2.2 流体分离的必要条件

存在粘性和逆压梯度区域是流体发生分离的必要条件，缺少任何一条流体都不会发生分离现象[9]。粘性的存在使流体与壁面间有摩擦，在物体壁面附近形成边界层，而所谓分离的确切含意是指在壁面上与主流方向一致的边界层离开壁面。

2.3 典型流体分离控制

2.3.1 合成射流控制的研究

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，其结构是一列不断向外扩展的非定常涡环（或涡对），这列非定常涡环（或涡对）是由合成射流激励器振动膜的周期性振动工作引起环境流体在激励器出口缝处周期性剪切分离向外喷射而产生的[10]。

合成射流激励器主要由两部分结构所组成。其一为带孔的激励器腔体。其二为振动部件。其中振动部件是它的核心部件，它的功能主要是将电能转化为动能，然后通过腔体将其动能转化为合成射流的动能。如图1所示为压电膜振动式激励器的结构，它实现方式简单、响应快、工作频率范围宽、可重复性好，具有很大的发展前景，成为最为热门的研究方向之一。