發(fā)布時間：2020-08-28 12:11

　　 降低壁面摩擦阻力在實際工程應(yīng)用中有重要作用并且能產(chǎn)生巨大價值。飛機、汽車等交通工具在高速運動時會在機體表面與空氣產(chǎn)生摩擦阻力,摩擦阻力的存在一方面會產(chǎn)生大量的熱并損壞機體表面,另一方面會造成燃料的消耗上升。由于這些摩擦阻力的存在,主動控制降低壁面摩擦阻力是實驗流體動力學(xué)的重要方向。近壁面處的湍流邊界層是產(chǎn)生這些壁面摩擦阻力的主要來源,因此減小湍流邊界層生成的壁面摩擦阻力越來越引起重視。湍流邊界層的減阻控制有主動控制和被動控制兩種方式。由于被動控制所能產(chǎn)生的減阻效果是非常局限的。而主動控制方式是在邊界層流體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上更加有效的抑制邊界層內(nèi)壁面摩擦力的產(chǎn)生,因此主動控制成為湍流邊界層減阻控制的主流控制方式。主動控制又分為開環(huán)式控制和閉環(huán)式控制。其中,開環(huán)控制在湍流邊界層減阻控制的研究過程中已經(jīng)得到很多專家學(xué)者的研究,閉環(huán)控制尤其是基于壁面壓力信號的閉環(huán)控制尚未有較為成功的案例。因此,基于壁面壓力脈動的閉環(huán)控制系統(tǒng)值得去研究。本課題主要研究湍流中壁面壓力變化與近壁面摩擦阻力的關(guān)系,以及基于壁面壓力信號搭建了一個利用等離子激勵器作為執(zhí)行機構(gòu)的湍流邊界層閉環(huán)減阻控制系統(tǒng)。在湍流邊界層研究領(lǐng)域中,關(guān)于近壁面處流場結(jié)構(gòu)中的流速變化與湍流結(jié)構(gòu)的發(fā)展之間的關(guān)系的研究已經(jīng)日趨成熟。但是,關(guān)于湍流中壁面壓力的相關(guān)研究卻還尚需發(fā)展。本課題通過一支參考麥克風(fēng)準(zhǔn)確的測量了壁面壓力的變化情況,并且通過數(shù)據(jù)處理分析壁面壓力信號變化與猝發(fā)現(xiàn)象的關(guān)系,以及壁面壓力信號與不同處流向速度的相關(guān)性,驗證了壁面壓力信號的脈動變化與湍流邊界層內(nèi)阻力的主要產(chǎn)生機制有很強的一致性。本課題在對壁面壓力信號研究的基礎(chǔ)上搭建了湍流邊界層閉環(huán)控制系統(tǒng)。閉環(huán)控制系統(tǒng)采用PD前饋控制方案,以壁面壓力信號作為系統(tǒng)輸入信號,等離子激勵器作為控制系統(tǒng)執(zhí)行機構(gòu)。通過熱線測量控制系統(tǒng)的減阻情況。實驗研究表明,壁面壓力的脈動變化能夠反映湍流邊界層近壁面處的流場發(fā)展情況,因此也能夠作為表征湍流邊界層流場結(jié)構(gòu)變化的重要參數(shù)。對比研究了250mm DBD等離子激勵器在開環(huán)系統(tǒng)下的減阻效果。在此基礎(chǔ)上對比研究了基于壁面壓力測量的閉環(huán)控制系統(tǒng)的減阻情況。實驗結(jié)果表明,在基于壁面壓力脈動建立的PD前饋減阻控制系統(tǒng)中,通過合理的設(shè)定比例系數(shù)和微分系數(shù),能夠產(chǎn)生接近開環(huán)最優(yōu)情況下的減阻效果,并且能夠提高20%等離子激勵器的控制效率。PD前饋控制能夠根據(jù)流場結(jié)構(gòu)對壁面壓力產(chǎn)生的影響,改變等離子激勵器的激勵電壓,從而能更有針對性且更有效的抑制湍流邊界層內(nèi)摩擦阻力的產(chǎn)生。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：O357.5
【部分圖文】：

2-3 NI USB-6361 信號采集卡6361A/D 采集卡硬件資源包含 動信號的變化，把壓力信號轉(zhuǎn)kHz、幅值變化的正弦電壓，從D(介質(zhì)阻擋放電)技術(shù)研究了能向震蕩和展向行波。黃志偉老師湍流邊界層開環(huán)減阻控制實驗出等離子激勵器誘導(dǎo)產(chǎn)生的渦果表明等離子誘導(dǎo)產(chǎn)生的渦與

圖 2-5 TREK 高壓電源力脈動的測量面壓力脈動的測量有多種方量壁面壓力脈動信號。Bull位于壁面小孔下的空腔內(nèi)。面小孔下的空腔內(nèi)。后，不在空腔內(nèi)。后，不在空腔內(nèi)，但小孔齊平安裝，測量的信號無不間分辨率對信號的測量有重在壁面壓力信號的測量過

圖 2-6 通過壁面小孔安裝麥克風(fēng)測量壁面A 為壁面壓力測量孔，B 為麥克風(fēng)安裝孔。測量孔的2.2mm。在閉環(huán)控制方案中，麥克風(fēng)將用于測量壁面壓激勵器上游 5mm 位置處，從而可搭建一個前饋控制案下的安裝位置如下圖所示：a)

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 許春曉;;壁湍流相干結(jié)構(gòu)和減阻控制機理[J];力學(xué)進(jìn)展;2015年00期

本文編號：2807562