静止环境中不同激励波形合成射流特性的数值模拟研究

【作者】 陆逸然； 王晋军；

【机构】 北京航空航天大学航空科学与工程学院流体力学系；

【摘要】 本文在OpenFOAM计算平台上,对静止环境下具有相同频率f和特征速度U₀,激励信号波形分别为三角波、正弦、梯形波以及方波信号的合成射流进行了二维数值模拟。通过对合成射流形成的涡对的运动规律以及流场的速度特性的研究,对比了不同波形激励信号对合成射流的卷吸作用的影响。计算结果表明,当合成射流的激励信号为三角波时,涡对向下游对流的运动速度与距离达到最大,而当激励信号分别为正弦、梯形波以及方波信号时,涡对运动速度及距离依次递减。通过对流场时均速度特性的分析,发现射流中心线处速度沿流向分布和不同流向位置的速度型分布也呈现出与射流涡对相同的随波形变化规律。本文进一步对射流的体积流量以及动量流量分布进行了分析,发现对于不同波形激励信号产生的射流,体积流量沿流向的分布差异较小,但动量流量的分布在不同波形之间有明显的区别,且变化规律与涡对轨迹以及流场速度特性随波形的变化规律一致。由此可以得到结论,在相同的频率和特征速度下,合成射流的强度和卷吸作用按照三角波、正弦、梯形波、方波的顺序依次递减。通过与目前已有相关文献结果的比较,发现在相同的特征参数下,对于激励信号为单峰波形的合成射流,影响不同激励波形合成射流的强度和卷吸作用的主要因素是吹气冲程的速度峰值,即合成射流形成的涡对的运动速度和距离以及对周围流体的卷吸作用均随该速度峰值的增大而增加。更多还原