基于组合控制的槽道流减阻研究

【作者】 纪勇； 陈曦；

【机构】 北京航空航天大学流体所； 哈尔滨工业大学(深圳)理学院；

【摘要】 湍流边界层摩阻是飞机、轮船等航行交通工具的主要阻力来源,因此控制减少边界层表面摩阻可以提高航行器的燃油效率,产生大量的经济和环保价值。常见的控制方法有壁面吹吸气（Blowing and Suction,BS）,壁面行波法,壁面沟槽法,超疏水材料,展向相对射流法（Spanwise Opposed Wall-jet Forcing,SOJF）等。本研究借助槽道流直接数值模拟,将BS和SOJF同时施加于流场,对流场进行从壁面到外区的全流域组合控制,考察在组合控制下壁面摩阻的减少情况。研究共获得三个雷诺数（Re_τ=180,395,550）下的数值模拟结果,发现在合适的参数选择下,所有算例均能达到30%以上的减阻率,明显优于单个方法的结果。流场的统计分析显示SOJF会导致大尺度的流向相干涡结构,并且组合调控可以显著地抑制整个边界层内随机湍流的强度,进而减少动量向壁面的输运,产生更优的减阻效果。另外,壁面应力在流向呈现出周期性结构,应力脉动谱在k_x⁺～7×10^-4附近存在明显的尖峰结构。涡量分析显示在壁面附近存在分布规则的展向涡结构,进一步对壁面摩阻进行涡量输运分解,发现垂向涡量的相干输运、随机输运和展向涡量的相干输运对摩阻的贡献均为负,而展向涡量的随机输运对摩阻的贡献为正。更多还原