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翼型流场电磁力主动控制研究

张光林  
【摘要】:对置于弱电解质溶液中的翼型表面包覆电极磁极,利用其产生的电磁力作用于翼型绕流流场,可以改变流场结构,改善翼型的动力学特性,抑制流体脱体,抑制或延缓失速,减少翼型的阻力,提高升力,减振降噪,提高流动的稳定性,翼型这些性能的改善有助于提升舰船的续航能力,操控性,隐身性等性能。与其他流动控制方式相比,电磁力主动控制技术可以对流场进行无接触控制,机构简单可靠,并且有高度的灵活性,因此具有重要的研究价值和广阔的应用前景。本论文在回顾电磁力主动控制技术的发展及其所涉及的电磁学和流体力学的基本理论之后,从数值模拟和实验两方面对翼型绕流电磁力控制进行了研究,具体工作如下: 在第三章中,首先基于Maxwell方程,使用ANSYS的电磁学分析模块对翼型周围的电磁场进行了数值模拟,得到三维电磁力力场,其分布规律如下:翼型表面电极磁极产生的电磁力沿翼型表面的切线方向,大小沿翼型表面的法向指数衰减,并沿翼型的展向方向周期分布。然后根据电磁力的分布规律,提取相应位置处的电磁力数据,利用FLUENT的用户自定义编程将电磁力数据加入到流体控制方程的动量方程中,采用脱体涡模拟方法对电磁力作用下的翼型流场进行了数值模拟,研究分析了攻角和电磁力作用系数对翼型绕流流场结构及其升阻力系数的影响机理和规律; 在第四章中,首先使用染液法,在雷诺数Re ? 6000和Re ? 15000下,对有和没有电磁力控制下翼型流场进行了流态显示实验,然后利用PIV技术对在稳态和动态电磁力控制下的翼型绕流场进行了流场测量,得到了其速度场、涡量场等流场信息,实验结果表明电磁力能消涡、抑制翼面附近的回流和流动分离现象,能有效改善翼型绕流场和尾流场结构。


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