合成射流分离控制中的流动失稳与动量交换
流体动力学
2023-06-21 v1
摘要
本研究探讨了利用合成射流（SJ）控制翼型周围分离流的机制。针对弦长雷诺数为、攻角为的NACA0015翼型前缘分离流，进行了大涡模拟（LES）。本LES采用六阶紧致差分格式配合变形网格，解析了变形SJ腔内的湍流结构。确定了至（以弦长和自由来流速度归一化）的最优激励频带，其抑制了分离并显著改善了升阻比。研究发现，在受控流动中，前缘附近的层流分离泡周期性地释放多个展向均匀的涡结构，这些涡结构扩散并合并，在周期内生成一个相干涡。该相干涡在近壁面与远离壁面的自由来流之间交换弦向动量方面起着重要作用。它还卷吸较小的湍流涡，并最终增强了整个吸力面上雷诺应力的湍流分量。随后将线性稳定性理论（LST）与LES结果进行比较，阐明了LST在当前SJ条件下对受控流动的局限性与适用性。研究还揭示，在最优区间，线性与非线性模态以良好平衡的方式被激发：第一模态与Kelvin-Helmholtz失稳相关，有助于快速而平滑的湍流转捩；第二模态频率低于线性模态，促进相干涡结构形成，最终卷吸较小的湍流涡。
引用
@article{arxiv.2302.12496,
title = {Flow instability and momentum exchange in separation control by a synthetic jet},
author = {Yoshiaki Abe and Taku Nonomura and Kozo Fujii},
journal= {arXiv preprint arXiv:2302.12496},
year = {2023}
}