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采用实验和数值模拟相结合的方法对自耦合射流的流动特性进行了研究。研究结果表明:在紧邻喷口的法向距离内,涡对周期性地生成、破碎和融合,在某个法向距离上形成较为稳定的连续性射流;自耦合射流在发展过程中呈现出在短轴方向急剧扩展,而在长轴方向先向内汇聚、再向外发展的特征;自耦合射流的速度分布与常规射流的速度分布相比,两者在喷口水平方向上均呈现比较规律的速度自模的特征,但在喷口长轴方向,接近喷口的位置速度分布呈现明显的对称马鞍状,随着离喷口法向距离的增加,这种马鞍状的分布逐渐消失。
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中国机械工程第
18
卷第
21
期
2007
年
11
月上半月
压电驱动狭缝喷口自搞合射流流动特征研究
谭晓若
张靖周
南京航空航天大学,南京,
210016
摘要:采用卖验和数值模拟相结合的方法对自相合射流的流动特性进行了研究。研究结采表明:在紧
邻喷口的法向距离内,涡对周期性地生成、破碎和融合,在某个法向距离上形成较为稳定的连续性射流;白
相合射流在发展过程中呈现出在短轴方向急剧扩展,而在长轴方向先向内汇聚、再向外发展的特征;自藕
合射流的速度分布与常规射流的速度分布相比,两者在喷口水平方向上均呈现比较规律的速度自模的特
征,但在喷口长轴方向,接近喷口的位直速度分布呈现明显的对称马鞍状,随着离喷口法向距离的增加,这
种马鞍状的分布逐渐消失。
关键词:自糯合射流;流动特性;数值模拟;动网格
中图分类号:
0354;
V23
1.
1
文章编号
:1004--132X(2007)21--2600--05
Fl
ow
F
倒
tm
咽。
f
Synthetic
Jet
from Slot Nozzle Actuator Driven by
Pi
四
oelectric
Membrane
τ
马
n
Xiaoming Zhang ]ingzhou
Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
, Nanjing, 210016
Abstract: Experimental
study
and numerical simulation were used
to
study
the flow characteristics of a
synthetic jet.
The
results
show
that:
near the slot exit, pairs of vortexes are generated, broken
down
and
merged
together
periodically, forming
the
continue
jet
at
one normal distance near
the
slot
nozzle.
And
during
the
development,
the
synthetic
jet
spreads rapidly in the
short
axis direction, this means
the
weaker
strain
of
the
side synthetic jet.
Co
mparing
with
the
constant
jet
,
the
velocity profiles of
the
synthetic
jet
is
self-similar
in
the
short
axis direction, While in
the
long axis direction,
the
synthetic
jet
contracts firstly and
then
spreads
slowly. Near
the
nozzle,
the
velocity distribution
on
the slot length is like a saddle while
with
the
distance far
away
it
disappeares.
Key words: synthetic
jet;
flow characteristics; numerical simulation; dynamic
mesh
O
引言
自搞合射流激发器是一种小型或微型的流体
控制器件,其工作原理是:在一个开缝或孔的腔体
上利用压电材料或薄膜的周期振动使出口处产生
一系列向外扩展的非定常涡环,这一系列的涡环在
向外扩展的过程中经历破碎、融合等过程,最终形
成一股稳定的射流,称为自榈合射流。由于自榈合
射流能够对附面层和主流产生重要的影响,甚至可
以改变主流的方向,因此被认为是一种全新的流动
控制概念[
lJ
。在航空航天领域,这一技术可以用于
卫星姿态的调整、机翼前沿边界层分离控制和增加
升力等
[2J
。在实际应用中,只需要改变激发器的电
流及频率等参数即可实现对自搞合射流整体效果
的控制。
目前,在自搞合射流的形成机理和演变过
程
[IJ
、自搞合射流的数值模拟
[3.4J
、自捐合射流激发
器的研制和性能研究
CM]
,以及自搞合射流激发器
的应用口
.8J
等方面已开展了众多基础性的研究,但
对自捐合射流的流场特性,尤其是三维流场特性的
认识仍然不够充分。
收稿日期
:2006-09-07
基金项目·国家自然科学基金资助项目
(50276028)
• 2600 •
本文针对压电驱动的具有狭缝喷口的自搞合
射流激发器所产生的外流场流动特性进行了详细
的实验分析,利用三维粒子测速仪
CPIV)
、热线风速
仪对流场进行测量以全面反映自捐合射流的流场
结构。在此研究基础上,基于
FLUENT
商用软件,
通过编写用户自定义程序
UDF
,利用动网格技术
对激发器腔体振动膜片施加强制移动法则,实现了
对自稠合射流激发器的三维流场数值模拟。
1
实验用激发器和实验系统
实验中采用圆柱形腔体自搞合射流激发器(图
1),腔体直径
D=30mm
,腔体高度
H=5mm;
腔体
顶面为射流出口孔板,狭缝喷口宽度
b=0.5mm
,
长
度
l=
10mm
,高度
h=0.5mm;
腔体底面为压电膜
片,由
PZT-5
型压电陶瓷片和紫铜膜片粘结而
(a)
激发器顶面
图
1
(b)
激发器底面
实验用激发器
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