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圆柱尾迹影响平板边界层转捩的实验研究

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潘翀 王晋军 王双峰

北京航空航天大学流体力学研究所,流体力学教育部重点实验室,北京100083

空气动力学学报
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国际标准刊号:ISSN 0258-1825
国内统一刊号:CN 81-1192

摘  要:

利用氢气泡和染色液流动显示的方法,在水槽中研究了圆柱尾迹对平板边界层转捩的影响。重点讨论圆柱与平板的流向距离和法向距离以及圆柱直径等几何参数对边界层转捩的不同作用,发现平板边界层转捩开始点的位置由尾迹与边界层作用的初始位置决定,这一位置由圆柱与平板的相对几何位置来确定。转捩区长度与边界层内部流体性质、扰动强度等有关,同时也受到圆柱、平板相对几何位置的影响。对转捩区近壁二次涡的产生和演化进行分析,发现尾迹对平板边界层的扰动是通过在近壁面诱导二次涡并影响二次涡的后续运动来体现,二次涡及其演化是边界层转捩位置大为提前的重要原因。[著者文摘]

引言在航空、涡轮机械等诸多领域,固体壁面边界层流动由层流向湍流转捩的现象往往是边界层外的涡旋与边界层内部流动相互作用而产生的。由扰动涡引起的转捩被称为扰动引发的层流/湍流边界层转捩,相对于由微弱扰动在层流边界层中激发放大而引起的规则转捩而言,这种由较强扰动涡产生的转捩被归人旁路转捩的范畴。在自然界、工程应用中,旁路转捩现象远多于规则转捩,但由于强扰动的种类繁多、范围宽广、不便实验模拟等特点,人们对于旁路转捩的研究还较少,因此对于强扰动的非线性放大机制、边界层内部流态等尚无明确认识。尽管如此,人们对于尾迹与边界层相互作用的研究仍进行了一定的实验观测和数值模拟。Savill和ou?用流动显示的方法研究了低雷诺数下各种尾迹与边界层的简单相互作用,包括尾迹离边界层足够远并得到充分发展的慢速弱相互作用,以及尾迹在发展初期就影响边界层的快速强相互作用。Doligalski 和walkerL J等人用数值模拟的方法研究了边界层在受到负涡量的涡结构扰动下的感受性问......
Acta Aerodynamica Sinica

分 类 号:

O357.5

文献标识码:

A

文章编号:

0258-1825(2005)02-0163-06

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参考文献(5篇)  主题相关

[参考文献]

Experiment investigation on the boundary layer transition influenced by the cylinder wake

PAN Chong, WANG Jin-jun, WANG Shuang-feng ( Institute of Fluid Mechanics, Belting University of Aeronautics & Astronautics, Beijing 100083, China)

Abstract:

The process of a strong wake-induced laminar/turbulent transition on a flat-plate boundary layer was investigated by using hydrogen bubble and dye-stream visualization technique in the water tunnel. The wake was generated by a 2- D cylinder above the plate. With disturbance of the cylinder, the transition of tim-plate boundary layer was put forward greatly. The investigation was focused on the influence of geometric parameters of the cylinder' s position and diameter. The onset and end point of transition was mainly decided by the diameter and the normal position of the cylinder, streamwise position played a less role, comparing with the above two factors. The second-vortex near the wall, induced by the vortexstreet of the cylinder, was also recorded and investigated. Strong bursts were captured after the breakdown of the secondary vortex. So we regarded that the disturbance brought into the boundary layer could be mainly traced back to the evolvement of the secondary vortex and its interaction with the main one.[著者文摘]

Key words:

cylinder wake; flat-plate boundary layer; transition; second-vortex; hydrogen bubble visualization; dye- injection visualization

收稿日期: 2005-03-27
修订日期: 2005-07-07

基金资助:

自然科学基金(10272016)和国家杰出青年科学基金(10425207)资助项目.

作者简介:

潘翀(1980-),男,主要从事湍流控制、边界层转捩和转捩控制方面的研究.

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