旋转振荡板尾流的控制研究

摘要：

桥跨结构发生颤振时的旋涡尾流可由二维强迫旋转振荡板绕流模拟. 在弦厚比B/H = 5的振荡板两侧对称地放置两个宽度比均为b/H = 0.33的窄条,对尾流的锁频旋涡脱落进行控制. 采用数值模拟和实验验证方法,对旋涡场、尾流平均和脉动速度,以及板所受扭转力矩和升力进行研究,研究的振幅范围β = 0° ～ 10°,振频范围feH/V∞=0～0.0857,雷诺数Re=V∞H/V=2800.窄条位置分为板的前缘、中央和尾缘3种,控制参数为窄条横向坐标y/H. 根据实验结果,当窄条位置y/H在一定范围,振幅β = 0° ～ 7.5°,振频feH/V∞ = 0 ～ 0.08时,有控制和无控制尾流脉动速度功率谱主峰的比值远低于1,最低可达0.3左右. 根据数值模拟结果,当中央控制件位于y/H=±1附近时,在振幅β=0°～7.5°,和一定频率范围内,脉动扭转力矩均方根和升力均方根都有大幅下降,最多可分别降低43%和80%. 引入第一和第二涡黏系数,将尾流无规则脉动形成的湍流法向和切向应力,分别与扰动速度幅值的法向和切向梯度相联系,得到线性稳定性方程. 稳定性分析表明,施加控制后,最大扰动放大因子ωi max大幅降低,扰动增长的频率范围显著收窄. 窄条改变尾流速度剖面形状并增大湍流涡黏系数,从而减弱尾流的不稳定性.

关键词：板;旋转振荡;尾流;抑制;窄条控制件

所属期刊栏目：53

分类号：O355(流体力学)

资助基金：国家自然科学基金资助项目11572305

在线出版日期：2021-11-02（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共20页

页码：1856-1875