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亚声速外流与流体振荡器射流流场干扰研究

2021-09-16马志明黄河峡谭慧俊林正康唐学斌

南京航空航天大学学报 2021年4期

马志明,黄河峡,谭慧俊,林正康,唐学斌,蔡 佳,2

(1.南京航空航天大学能源与动力学院,南京 210016;2.南京工业职业技术大学航空工程学院,南京 210023)

流体振荡器是一种在入口输入给定压力气源,在出口产生周期性振荡射流的主动流动控制装置[1]。流体振荡器形成振荡射流的机制主要有两点:一是Coanda 效应[2],即流体的附壁效应;二是利用反馈通道形成负反馈回路,即流体附着在一侧壁面时,部分流体从出口流出,另一部分流体会沿着反馈通道流回混合腔入口处,附着在壁面的流体与壁面间会产生一个分离区[3],在反馈通道中回流的流体作用下,使该分离区的尺度不断增加,从而迫使主流向另外一侧壁面靠近,直到附着于另一侧壁面。因此混合腔内的主流反复附着于壁面两侧,在出口处产生了周期性振荡射流[4⁃6]。流体振荡器具有无可动部件、结构简单、出口射流动量大、自激振荡、自激维持等优点,目前已应用在机翼边界层分离控制[7⁃9]、燃烧室中燃料增强混合[10]、燃气轮机叶片的气膜冷却[11]、噪声抑制[12⁃13]方面,并取得了有益效果。

基于其上述优点,吸引了众多学者对流体振荡器的流动特性进行了研究。Gaertlein[6,14]等通过实验手段,基于流体振荡器内部速度和压力的变化对振荡周期进行了相位平均,阐明了混合腔内分离区的演变过程,解释了内部振荡形成的原因。Park等[15]通过实验研究了流体振荡器入口落压比及几何结构对流体振荡器内部流动特性的影响,发现流体振荡器的振荡频率与出口射流最大扫掠角成反比,振荡频率越大,最大扫掠角越小,即振荡器出口射流扫掠范围越小;……

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