旋成体环形射流表面优化设计与减阻机理分析
2014-08-26赵刚李芳臧东阳
哈尔滨工程大学学报 2014年3期
赵刚,李芳,臧东阳
(哈尔滨工程大学机电工程学院,黑龙江哈尔滨150001)
横流中的射流具有广泛的工程应用,如气膜的冷却[1]、污染物的驱散[2]、飞行器姿态的控制[3]等。射流在减阻领域的研究相对较少,主要集中在高超声速飞行器减阻领域。文献[4]在风洞中对高超声速钝头体模型进行了逆向喷流实验研究,并通过改变喷口压力得到了30%~45%的减阻率。文献[5]对2种喷压比下不同射流模式产生的机理进行了分析,并重点分析了湍流机制对流场的影响。周超英等[6]对超声速球头体逆向喷流流场进行数值模拟,结果显示:随着喷流总压的变化,流场可出现2种流动模态,即长射流穿透模态和短射流穿透模态。Shah等[7]对不同来流马赫数下反向喷流的减阻特性进行研究,发现阻力的降低与射流的质量流率相关。
受鲨鱼鳃裂射流的启发,赵刚等对射流平面的减阻特性进行了仿真[8-10]和转化实验研究[11],取得了显著的减阻效果。然而,平面侧向射流与来流的相互干扰特性与旋成体上的侧向射流不同,因此,本文采用数值模拟方法研究在旋成体上开环形射流孔时的射流参数对减阻效果的影响。
1 旋成体环形射流表面设计
研究发现,在射流孔周长小于旋成体的周长时,在射流孔两侧会形成局部的高应力区,不利于减阻,因此,本文设计的射流孔为环形射流孔,旋成体仿生射流表面模型如图1所示。模型由前端的半球体和后端的圆柱体2部分组成,半球体的半径r=1 mm,圆柱体的直径d=2 mm,模型全长L=10 mm,射流孔中心距旋成体底部的距离为L1,射流孔宽度为b。……
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