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1 绪论1

1.1 流动分离现象1

1.2 基于涡旋射流的主动流动控制技术2

1.2.1 射流式涡旋发生器3

1.2.2 涡旋射流流动特性4

1.3 基于合成射流的主动流动控制技术5

1.3.1 合成射流激励器6

1.3.2 合成射流控制技术的研究和应用6

1.4 流动分离的被动控制技术8

1.5 振荡扑翼的流场结构控制10

1.5.1 振荡扑翼的推进特性11

1.5.2 振荡扑翼的能量采集11

1.6 本书的主要内容12

2 数值与实验方法14

2.1 热线流速测试技术14

2.1.1 热线流速测试技术基本原理14

2.1.2 IFA300热线测试系统15

2.1.3 壁面温度修正16

2.2 PIV测试技术16

2.2.1 PIV基本原理16

2.2.2 PIV测速系统17

2.2.3 示踪粒子的选择19

2.3 实验测试误差分析19

2.3.1 热线测量误差分析19

2.3.2 PIV测量误差分析20

2.4 数值研究方法20

2.4.1 湍流流动的数值研究方法20

2.4.2 大涡模拟方法21

2.4.3 雷诺时均方法25

2.5 湍流相干结构的涡识别26

2.5.1 湍流相干结构的涡识别简述26

2.5.2 速度梯度张量第2不变量——Q定义27

2.5.3 Hessian矩阵分析法——？定义28

2.6 结论29

3 基于涡旋射流的主动流动控制技术研究30

3.1 涡旋射流控制扩压器流动分离的实验研究30

3.1.1 涡旋射流控制圆锥扩压器流动分离的实验研究30

3.1.2 涡旋射流控制矩形扩压器流动分离的实验研究37

3.2 涡旋射流控制扩压器流动分离的数值研究44

3.2.1 数值计算方法44

3.2.2 涡旋射流控制圆锥扩压器流动分离的数值研究45

3.2.3 涡旋射流控制矩形扩压器流动分离的数值研究52

3.3 涡旋射流控制逆压梯度平板边界层分离的实验及数值研究59

3.3.1 实验系统及实验装置59

3.3.2 实验结果分析61

3.3.3 数值计算方法62

3.3.4 各工况的大涡模拟结果分析63

3.4 结论75

4 基于合成射流的低压高负荷透平叶栅边界层分离控制研究77

4.1 合成射流技术原理及数学描述77

4.1.1 合成射流技术原理77

4.1.2 合成射流激励器的数学模型及影响因素78

4.1.3 合成射流与主流的相互作用81

4.2 低压透平PakB叶栅流动分离的合成射流控制82

4.2.1 研究对象及数值方法82

4.2.2 低压透平PakB叶栅流动特性的数值研究84

4.2.3 合成射流控制PakB叶栅流动分离的数值研究86

4.3 考虑尾迹影响的PakB叶栅流动分离的合成射流控制99

4.3.1 考虑尾迹影响的PakB叶栅流动分离的实验研究99

4.3.2 考虑尾迹影响的PakB叶栅流动分离的数值研究103

4.3.3 考虑尾迹影响的PakB叶栅流动分离的合成射流控制研究105

4.4 结论107

5 球窝结构的流动控制研究108

5.1 布置单个／单排球窝的平板流动实验与数值研究108

5.1.1 布置单个球窝的平板流动实验和数值研究108

5.1.2 采用球窝控制逆压梯度平板边界层分离流动的大涡模拟115

5.2 球窝控制PakB叶栅流动分离的数值研究122

5.2.1 研究对象及数值方法122

5.2.2 无球窝控制时PakB叶栅稳态流动特性124

5.2.3 采用球窝进行流动控制时PakB叶栅稳态流动特性125

5.3 结论128

6 振荡扑翼的推进特性及能量采集研究130

6.1 高频俯仰扑翼推进特性研究130

6.1.1 研究对象及数值方法130

6.1.2 扑翼振型131

6.1.3 小振幅时俯仰扑翼推进特性研究132

6.1.4 大振幅时俯仰扑翼推进特性研究134

6.1.5 非正弦振型对俯仰扑翼推进特性的影响137

6.1.6 弯度对俯仰扑翼推进特性的影响141

6.2 沉浮扑翼推进特性研究142

6.2.1 沉浮扑翼振型142

6.2.2 研究工况142

6.2.3 不同振型对沉浮扑翼推进特性的影响143

6.3 采用新型俯仰振型的扑翼推进特性研究146

6.3.1 新型俯仰振型146

6.3.2 网格和时间步无关性验证147

6.3.3 运动参数对新型俯仰扑翼推进特性的影响148

6.3.4 非正弦振型对新型俯仰扑翼推进特性的影响153

6.3.5 翼型形状对新型俯仰扑翼推进特性的影响156

6.4 振荡扑翼能量采集特性研究162

6.4.1 扑翼能量采集振型162

6.4.2 扑翼能量采集功率和效率163

6.4.3 名义攻角对扑翼能量采集效果的影响164

6.4.4 有效攻角变化模式对扑翼能量采集效果的影响168

6.4.5 非正弦俯仰振型对扑翼能量采集效果的影响172

6.4.6 非正弦沉浮振型对扑翼能量采集效果的影响175

6.4.7 非正弦俯仰与非正弦沉浮耦合运动对扑翼能量采集效果的影响177

6.5 结论178

参考文献180