【摘 要】
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湍流是广泛存在于自然界中的流动,也是现代工业生产中不可避免的存在。湍流的不可预见性与无规则性给航空、航海等带来了安全隐患,湍流也是管道运输过程中摩擦阻力的主要来源。在能源危机严重的今天,降低湍流引起的能量损耗的研究极具现实意义。壁面抽吸等方法对壁湍流进行主动流动控制,可以取得良好的减阻效果;而另一方面,剧烈的流动加速也会引起湍流向层流过渡,是圆管湍流控制的另一种思路。本文采用数值计算方法,研究了通
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湍流是广泛存在于自然界中的流动,也是现代工业生产中不可避免的存在。湍流的不可预见性与无规则性给航空、航海等带来了安全隐患,湍流也是管道运输过程中摩擦阻力的主要来源。在能源危机严重的今天,降低湍流引起的能量损耗的研究极具现实意义。壁面抽吸等方法对壁湍流进行主动流动控制,可以取得良好的减阻效果;而另一方面,剧烈的流动加速也会引起湍流向层流过渡,是圆管湍流控制的另一种思路。本文采用数值计算方法,研究了通过使圆管内湍流再层流化达到抑制湍流的被动流动控制方案,即在入流紊乱的圆管中放入翼型旋成体进行流动控制。对空圆管以及含有翼型旋成体的圆管内流场进行数值研究,分别采用RANS模型、IDDES模型以及LES模型进行计算,通过分析其各截面的湍动能、流向速度、速度剖面以及脉动速度等;对比空圆管和含有翼型旋成体的圆管的流场模拟结果,分析旋成体对圆管湍流流动的影响并从湍流的层流化角度分析了其控制机理;提出了改变圆管截面的湍流控制方案并进行计算验证,对圆管内翼型旋成体的湍流控制进行形状参数的优化设计以及不确定性量化研究。以上的研究分析表明,翼型旋成体对圆管湍流确实存在着抑制效果;WMLES方法在计算该问题时可以获得较为准确的结果;随着入口湍流强度和旋成体阻塞度的改变,湍流抑制效果也跟着变化,对比得出最优控制方案;并通过不确定性研究证实了旋成体位置的微小变动不会影响湍流控制的可靠性。
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