贴壁有限高方柱体三维绕流及其控制的实验研究

批准号:
11772035
项目类别:
面上项目
资助金额:
70.0 万元
负责人:
Akira Rinoshika
依托单位:
学科分类:
A0909.实验流体力学
结题年份:
2021
批准年份:
2017
项目状态:
已结题
项目参与者:
何国胜、王将升、吴迪、贺曦、杨喜连
国基评审专家1V1指导 中标率高出同行96.8%
结合最新热点,提供专业选题建议
深度指导申报书撰写,确保创新可行
指导项目中标800+,快速提高中标率
微信扫码咨询
中文摘要
三维钝体的绕流问题是流体力学研究的一个重要方向。相比于二维情况,三维钝体尾迹中的流动结构更加丰富和复杂,而对于三维钝体绕流流动控制的研究也要少得多。本申请项目将运用层析粒子图像测速(PIV)和小波分析等先进的实验测量和数据分析方法,研究放置于平板上的有限高方柱体的三维绕流流场,并且提出在柱体上开孔的三维绕流被动流动控制新方法。采用层析PIV技术可以测得三维流场并观测三维流动结构,而发展三维离散正交小波分析技术可以将测得的流场分解为不同的小波成分,从而提取出不同尺度的流动结构并研究它们的演化和相互作用规律。在柱体上开连通孔是一种很有潜力的三维钝体绕流控制方法,本项研究将系统地研究方柱高径比,开孔位置、大小和角度等参数的影响,找到最优控制参数,并且结合三维流动测量和小波分析技术,研究最优控制情况下开孔对不同尺度流动结构的影响规律并揭示其流动控制机理。
英文摘要
The flow around a three-dimensional bluff body is an important aspect in the field of fluid mechanics. Compared to the two-dimensional case, the wake of a three-dimensional bluff body contains more abundant and complex flow structures, while investigations on the control of flow around the three-dimensional bluff body are much less. This research proposal will use advanced measuring and analyzing techniques, such as tomographic particle image velocimetry (PIV) and wavelet analysis, to investigate the flow around a finite-height cylinder mounted on a flat plate, and a new passive control method using bleeding holes in the square cylinder is proposed. Tomographic PIV will be used to measure the three-dimensional flow field. Three-dimensional discrete orthogonal wavelet analysis will be developed to decompose the flow into different wavelet components, from which coherent structures of different scales can be extracted and their evolutions and interactions can be examined. Bleeding through a hole is a passive control method that has a lot of potential in controlling three-dimensional flow around the wall-mounted cylinder. In this research proposal, the influences of locations, sizes and angles of the bleeding hole will be investigated, and the parameters that has the best performance will be determined. The influence of the bleeding hole with the optimal parameters on the flow structures of different scales will be investigated, in an attempt to reveal the mechanism of flow control.
贴壁三维柱体的绕流是流体力学研究的一个重要问题。相比于二维柱体和大高径比三维柱体,小高径比三维柱体尾迹中的流动结构更加复杂,相关的研究也较少。柱体绕流的流动控制是目前研究的热点,但小高径比柱体绕流控制的研究也相对较少。本项目提出在柱体上开孔的三维绕流被动流动控制新方法,并利用二维和三维粒子图像测速(PIV)和多维小波多分辨分析等先进的实验和数据分析方法,研究了放置于平板上的有限高矮柱体的三维绕流和流动控制的作用与机理。研究结果表明,矮柱体的绕流是由自由端剪切流、侧壁面剪切流和底面边界层等流动结构共同作用而形成的,其中包含马蹄涡、拱形涡、以及脱落的横向涡和展向涡等流场结构。和矮圆柱体相比,矮方柱体的回流区范围更大、湍流化程度更高,其中产生的涡系更加复杂。柱体开孔方法可以有效地对矮柱体绕流进行控制。水平孔(HCH)产生的射流直接作用于柱体近尾迹结构,并缩小尾迹回流区尺寸、降低流场湍流度和湍动能。流场动态分析表明HCH射流与射流涡能够阻碍了柱体两侧剪切流的相互作用,并诱导尾迹展向大涡加速脱落。位于柱体中间高度的HCH具有最佳控制效果。前向倾斜孔(FIH)的射流直接作用于柱体自由端的剪切层,抑制自由端回流区和涡结构,并破坏柱体尾迹的多尺度结构的转化过程。入口靠近自由端的FIH具有最佳的控制效果。此外,HCH和FIH的控制效果均与孔径成正比。本项目验证了使用Tomo-PIV技术对柱体三维流场进行测量和数据分析的能力,并在一维和二维小波技术的基础上发展了三维正交小波多分辨分析技术。通过这些技术方法可以提取三维流场中不同尺度的流动结构并研究它们的演化规律。本项目的成果在矮柱体绕流方面提出了新的见解,开孔的方法为柱体的绕流控制提供了一种可行的方案,相关研究可以作为减阻、减振与降噪等工程问题的重要的参考。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Analyses on flow structures behind a wavy square cylinder based on continuous wavelet transform and dynamic mode decomposition
基于连续小波变换和动力模态分解的波浪方柱体流动结构分析
DOI:10.1016/j.oceaneng.2020.108117
发表时间:2020-11
期刊:Ocean Engineering
影响因子:5
作者:Dan Zhang;Hiroka Rinoshika;Yan Zheng;Akira Rinoshika
通讯作者:Akira Rinoshika
Three-dimensional wake structures controlled by the flow issuing from a horizontal hole in a wall-mounted short cylinder
三维尾流结构由从壁挂式短圆柱体中的水平孔流出的流动控制
DOI:10.1016/j.oceaneng.2021.109938
发表时间:2021-11
期刊:Ocean Engineering
影响因子:5
作者:Hiroka Rinoshika;Akira Rinoshika;Masato Akamatsu
通讯作者:Masato Akamatsu
Comparison between rotation swirler and non-rotation swirler in a horizontal swirling flow pneumatic conveying
水平旋流气力输送中旋转旋流器与非旋转旋流器的比较
DOI:10.1016/j.powtec.2019.02.017
发表时间:2019-03
期刊:Powder Technology
影响因子:5.2
作者:Lin Dong;Akira Rinoshika
通讯作者:Akira Rinoshika
Passive control of a front inclined hole on flow structures around a surface-mounted short cylinder
表面贴装短圆柱流道前斜孔被动控制
DOI:10.1016/j.oceaneng.2019.106383
发表时间:2019-10
期刊:Ocean Engineering
影响因子:5
作者:Hiroka Rinoshika;Akira Rinoshika
通讯作者:Akira Rinoshika
3D orthogonal multi-resolution analysis of flow structures around an improved vehicle external mirror
改进型车辆外后视镜周围流动结构的 3D 正交多分辨率分析
DOI:10.1177/0954407020975360
发表时间:2020-12
期刊:Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part D Journal of Automobile Engineering
影响因子:--
作者:Lin Dong;Akira Rinoshika
通讯作者:Akira Rinoshika
航空发动机燃烧室中三维两相湍流复杂机理及低污染燃烧技术的实验研究
- 批准号:12232002
- 项目类别:重点项目
- 资助金额:290万元
- 批准年份:2022
- 负责人:Akira Rinoshika
- 依托单位:
水面行走昆虫的动力学机理及其诱发三维涡流场的实验研究
- 批准号:--
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:62万元
- 批准年份:2020
- 负责人:Akira Rinoshika
- 依托单位:
国内基金
海外基金
