壁湍流的电磁力减阻机理 [复制链接]

资料简介：
壁湍流的电磁力减阻机理，硕士学位论文，共71页。
摘要
在流有电解质溶液的槽道流中施加电磁力能够影响流场中速度、压力等力学量的分布,选择合适的电磁力控制策略可以实现对湍流的消涡减阻。当前,人们对节能减排的需求越来越大,减阻技术能够降低设备能耗,提高设备运行速度和稳定性,故流动控制有着很好的应用前景。
本文利用直接数值模拟技术对槽道流场进行了研宄,并且计算了在流场中施加展向振荡电磁力前后的流场速度分布。在对流场进行计算时,流向和展向采用的均是周期性边界条件,并利用傅里叶变换对其进行转换,法向则釆用无滑移壁面条件,并利用契比雪夫变换对该方向进行转换,再利用差分方法对方程中的时间项进行离散,最后利用影响矩阵法以及契比雪夫-r方法实现对N-S方程的求解过程。
在求解了不同时刻的N-S方程之后能够得到各个时间对应的湍流流场速度分布,在此基础上能够研宄在流场中施加电磁力前后流场分布的变化规律以及电磁力对湍流流场的具体影响,继而解释电磁力能够减阻的原因。壁湍流的壁面摩擦阻力主要来自于三个部分,分别是层流、湍流和其他因素,其中湍流对壁面摩擦阻力的贡献可以表示为对雷诺应力的加权求和。因此流场中的壁面摩擦阻力和雷诺应力有着密切的关系。本文主要根据模拟计算结果中的速度分布求出了各个时刻流场中条带、涡结构、雷诺应力、速度概率密度以及能谱等的具体分布。通过对比以上各量的分布在不同时刻的异同,发现在流场中施加合适的展向振荡电磁力可以有效降低流场中的流向速度和法向速度,从而减小湍流对流场壁面阻力的贡献。这就是在流场中施加展向振荡电磁力能够行之有效的减小壁面阻力的机理。
关鍵词:壁湍流,电磁力,减阻,机理

1绪论
瑞流主动控制主要是以减小壁面阻力为目的,因其具有良好的应用前景而成为了近年来学者们的研宄热点。己经证实,槽道瑞流在适当的电磁力控制策略下,其壁面摩擦阻力能得到有效降低。
流动控制有被动控制和主动控制两种方式。其中,被动控制主要是通过合理设计物体(如汽车、机翼、螺旋奖等)表面的形状,在物体上安装扰流器⑴,在物体表面加工出一系列沟槽[2]或者安装祸生成器[3]等方式实现。长久以来,人们一直利用这种被动的控制方式来实现减阻,有很多这样的设计都已经应用到了实际中。而主动控制现在还在初级研宄阶段,工程实际应用中采用该种方式仍然较少。近年来,控制技术与材料科学得到了很大的提升,数值模拟性能也随着计算机性能的提升得到了很大的提升,这些都使得人们能够更方便的研究瑞流的主动控制。
在瑞流流场的近壁区域施加展向振荡电磁力以获得减阻效果是主动控制技术方法中不可忽视的一种新技术。该技术不需要信息反馈,实现起来比较简单,效果比较显著,近年来受到了国内外专家学者的普遍关注。
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