民用飞机湍流流动控制减阻技术

目录 第1章湍流流动控制基本知识1 1.1引言1 1.2湍流基本物理特性3 1.3边界层基本特性6 1.3.1边界层损失6 1.3.2边界层转捩8 1.4壁湍流边界层9 1.4.1黏性底层10 1.4.2对数律层10 1.4.3过渡层11 1.5流动控制技术发展历程11 1.6湍流流动控制减阻策略12 1.6.1局部壁面变形12 1.6.2吹/吸气控制16 1.6.3合成射流控制20 1.6.4等离子体流动控制22 1.6.5涡流发生器25 1.6.6其他控制策略25 第2章可压缩湍流直接数值模拟方法31 2.1前言31 2.2三维可压缩NavierStokes控制方程32 2.2.1笛卡儿直角坐标系下控制方程32 2.2.2*线坐标系下空间变换34 2.3流通矢量分裂36 2.4数值离散格式37 2.4.1WENO格式37 2.4.2WCNS格式39 2.4.3中心差分格式40 2.4.4时间离散41 2.5直接数值模拟求解过程41 2.6可压缩平板湍流边界层42 2.6.1基本算例设置42 2.6.2计算结果和验证44 2.7浸没边界法48 2.7.1虚拟单元浸没边界法48 2.7.2验证算例1：二维低马赫数圆柱绕流52 2.7.3验证算例2：二维激波/圆柱相互作用56 2.7.4三维超声速球体绕流62 第3章微吹气控制技术75 3.1前言75 3.2微吹气技术76 3.3微吹气控制平板计算模型77 3.4湍流摩擦阻力80 3.5湍流瞬态结构和平均属性82 3.6涡量动力学特性85 3.7湍流脉动强度90 3.8湍流信号经验模态分解91 3.9摩擦阻力分解96 3.10影响微吹气减阻效果的因素98 3.10.1湍流摩擦阻力对比99 3.10.2湍流平均速度场对比100 3.10.3湍流平均温度场对比104 3.10.4湍流脉动场分析106 3.10.5涡结构对比108 第4章沟槽被动控制技术113 4.1前言113 4.2辊轴热压印技术114 4.2.1辊轴热压印原理与装置设计114 4.2.2热压印工艺参数正交试验设计116 4.2.3沟槽薄膜制备效果与优化118 4.3微细铣削技术121 4.3.1微细铣削参数正交试验设计122 4.3.2沟槽平板制备效果与优化124 4.3.3沟槽制备效果快速评估方法126 4.4沟槽流动控制风洞实验平台128 4.5实验测量技术131 4.5.1热线风速仪测量系统132 4.5.2激光多普勒测速系统134 4.6实验数据处理方法136 4.6.1湍流充分发展验证136 4.6.2速度采集点分布137 4.6.3边界层不同高度速度测量137 4.6.4摩擦阻力及湍流统计量139 4.7沟槽减阻风洞实验结果140 4.7.1直沟槽流动控制减阻效果140 4.7.2*形沟槽流动控制减阻效果144 4.7.3两种沟槽表面减阻特性对比146 4.8沟槽控制湍流边界层的直接数值模拟149 4.8.1直接数值模拟计算模型150 4.8.2流向速度型与减阻率155 4.8.3脉动速度场160 4.8.4脉动涡量164 4.8.5近壁区条带结构168 4.8.6规律性归纳172XIXII 第5章合成射流控制技术176 5.1前言176 5.2合成射流激励器176 5.3激励器响应特性177 5.4激励器流场PIV实验181 5.4.1时间分辨粒子图像测速系统181 5.4.2激励器出口瞬态流场特征182 5.4.3激励器出口平均流场特征187 5.5激励器流场模态分析188 5.5.1POD方法188 5.5.2激励器流场模态分析结果190 5.6合成射流激励器阵列设计194 5.7充分发展湍流196 5.8激励器阵列信号输入197 5.9风洞实验结果198 5.9.1边界层速度分布特性198 5.9.2壁面摩擦阻力变化201 5.9.3湍流流场相关性分析202 5.10合成射流控制直接数值模拟203 5.10.1计算域与合成射流条件204 5.10.2光滑平板湍流边界层算例验证206 5.10.3合成射流减阻控制计算结果分析206 第6章湍流特征提取动态模态分解方法212 6.1前言212 6.2DMD方法理论框架213 6.3DMD方法的展开213 6.4比较POD方法与DMD方法的比较219 6.5复合动态模态分解方法221 6.6动态模态分解方法的并行技术223 6.7复合DMD在槽道湍流分析中的应用224 6.7.1串行化复合DMD分析226 6.7.2并行化复合DMD分析229