時均氣流驅(qū)動深腔流體諧振機(jī)理研究.pdf

1、時均流(Mean flow)掠過腔體結(jié)構(gòu)時，驅(qū)動空腔內(nèi)流體產(chǎn)生自持振蕩，稱為時均流驅(qū)動空腔振蕩現(xiàn)象。不同腔體結(jié)構(gòu)和流動狀態(tài)條件下，時均流驅(qū)動空腔振蕩的現(xiàn)象各不相同，其內(nèi)在機(jī)理也有所區(qū)別。其中“流體諧振型”時均流驅(qū)動空腔振蕩具有穩(wěn)定的振蕩頻率和較高的能流密度，已被作為一種新型的能量利用和轉(zhuǎn)換方式加以研究，其在時均流能量收集方面表現(xiàn)出廣泛的應(yīng)用前景。雖然當(dāng)前已對時均流驅(qū)動空腔振蕩現(xiàn)象進(jìn)行了一定程度的研究，但理論模型仍與實(shí)際情況存在較大差距，

2、內(nèi)在機(jī)理仍待進(jìn)一步研究。為進(jìn)一步了解其振蕩機(jī)理，開展“流體諧振型”時均流驅(qū)動空腔振蕩理論探索、數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)研究。
　　 綜述了時均流驅(qū)動空腔振蕩的研究進(jìn)展，歸納并總結(jié)了影響時均流驅(qū)動空腔振蕩的各結(jié)構(gòu)參數(shù)和流體動力學(xué)參數(shù)，以及不同參數(shù)對振蕩的影響方式。研究表明，時均流驅(qū)動空腔振蕩現(xiàn)象與諸多流動和結(jié)構(gòu)參數(shù)相關(guān)，對其進(jìn)行分析綜述十分必要。
　　 應(yīng)用渦聲理論、格林函數(shù)等多種理論對時均流驅(qū)動深腔諧振現(xiàn)象進(jìn)行理論研究，得到了低馬

3、赫條件下的深度模式和聲功的計算方程。
　　 采用大渦模擬方法對時均流驅(qū)動十字型深腔諧振現(xiàn)象進(jìn)行數(shù)值模擬研究。以經(jīng)Favre過濾器過濾的可壓縮N-S方程為控制方程，以中心差分格式為空間離散格式，以二級隱式格式為時間離散格式，在三種網(wǎng)格和動態(tài)Smagorinsky-Lilly模型與壁面自適應(yīng)局部渦粘模型兩種亞格子模型條件下進(jìn)行計算，進(jìn)而選取合適的計算模型。數(shù)值模擬準(zhǔn)確預(yù)測了振蕩頻率以及壓力振幅隨時均流速的發(fā)展規(guī)律。壓力振幅隨著網(wǎng)格細(xì)

4、化而得到抑制，而兩種亞格子模型的計算結(jié)果十分相近。探討了諧振管開口處大尺度渦結(jié)構(gòu)運(yùn)動與諧振管內(nèi)聲場分布的相互關(guān)系，初步揭示了時均流驅(qū)動深腔諧振的機(jī)理。聲場影響渦結(jié)構(gòu)的脫落以及其運(yùn)動軌跡，渦結(jié)構(gòu)在運(yùn)動過程中向諧振腔內(nèi)輸出能量，完成兩者的耦合作用，分析表明諧振現(xiàn)象只發(fā)生在特定的斯特勞哈爾數(shù)區(qū)域。在此基礎(chǔ)上采用三維模型，對時均流驅(qū)動十字型深腔諧振進(jìn)行迸一步數(shù)值模擬，預(yù)測了低馬赫數(shù)條件下諧振現(xiàn)象的發(fā)展過程，進(jìn)一步揭示其發(fā)展規(guī)律。