射流剪切层与突出物相互作用的流动机理研究

The flow mechanism of interaction between jet flow shear layer and protrusion will be studied in the project. The difficulties and key points are how to analyze the influence from reverse pressure wave which come from interaction between jet flow shear layer and protrusion toward shear layer. The unsteady characteristics of jet flow shear layer will be studied using both the computational fluid dynamics method and test method. Based on this, two virtual models with and without protrusion will be set up. And the shear layer-protrusion autonomous system will be divided into three regions. The comparing research will be held in three regions basing on two virtual models. Finally the flow mechanism of interaction between jet flow shear layer and protrusion will be revealed. At the mean time,.the periodic changed flow pattern and pulsation characteristics of the shear layer inside the autonomous system will be described. The research involves coupling between sound wave and flow field, which is a key scientific problem. It will play an important guiding role to solve the related urgent problems such as wind tunnel test environment. So, this project research has important scientific research significance and application value.

研究射流剪切层与突出物相互作用的流动机理，其难点和关键点在于剪切层与突出物作用后逆向压缩波对射流剪切层影响的解析。研究将利用空气动力学数值计算与模型风洞非定常试验相结合的方法对射流剪切层的非定常特性进行模拟，在此基础上建立有突出物与无突出物两套模型，将射流剪切层与突出物这一自激系统分为三个区域，分别就有无突出物存在的工况进行对比研究，揭示剪切层与突出物相互作用的流动机理，并对该自激系统剪切层内流动形态及脉动量的周期性循环变化给予准确的描述。研究涉及到声波与流场的耦合这个关键科学问题，对目前实际中急待解决的相关问题如风洞测试环境有重要的指导作用，所以本项目研究具有重要的科学研究意义和实际应用价值。

风洞是研究汽车气动特性的重要试验工具。3/4 开口式风洞最为重要的问题之一即是低频颤振问题。低频颤振问题的出现普遍认为与射流剪切层中的大尺寸拟序结构有关。本项目针对 3/4 开口式汽车风洞射流剪切层中的流动结构，采用风洞试验、数值模拟和本征正交分解相结合的方法进行研究，主要完成了如下的工作： 第一，解释了风洞射流剪切层中流动结构的时空演化规律，通过试验和仿真相结合的方法发现了涡环的配对与融合现象；其次，将涡的运动与驻室内压力场的变化联系起来；最后，使用本征正交分解（POD）确认了风洞射流剪切层中主要的流动结构，发现主要流动结构的特征频率与低频颤振的主导频率相同。 第二，基于流动结构演化规律，通过数值仿真的手段去除收集口及下游干涉的影响，对比两个模型之间的差异，揭示了收集口和下游干涉对于驻室内压力场变化、涡环的脱落与配对现象的影响。 第三，研究了涡流发生器对于风洞射流剪切层中流动结构的影响，发现涡流 发生器有效地抑制了涡环的配对现象。 通过本课题的研究，一方面进一步探索了风洞射流剪切层中大尺度拟序结构 的时空演化规律；另一方面可以将这些流动结构与低频颤振现象联系起来，尝试 解释低频颤振现象的产生机理；除此以外也可以为设计 3/4 开口回流式汽车风洞提供避免低频颤振的思路。