电磁力控制翼型体绕流的数值研究

【摘要】：本文属于电磁流体力学研究领域，课题源于国防科工委基础研究项目。主要采用数值计算的方法对电磁体积力控制翼型体绕流的过程进行研究，考察了不同攻角、不同雷诺数和不同电磁体积力大小对翼型体尾流涡街形态和流体边界层结构的影响，进而为实现电磁力消除翼型体表面边界层分离、消涡减阻以及提高升力的方法提供较好的理论依据。 本文采用描述电磁力控制流场流动的无量纲形式的Navier-Stokes方程，对表面包覆电磁场激活板的翼型体的尾流流场进行了二维数值模拟，基准条件下的模拟结果得到了实验验证，计算和实验符合得较好。在此基础上，针对不同攻角、雷诺数以及有无电磁力作用的条件进行了系统的计算研究，获得了大量计算结果，包括流场中的涡量分布、速度分布、以及翼型体所受阻力及升力的情况等等。 通过对计算结果的分析和讨论，得到的结论如下： 利用翼型体表面附近分布的电磁场产生电磁体积力，可以明显改变流体边界层的结构，抑制边界层分离，同时有效地提高翼型体的升力；但雷诺数、翼型体攻角及电磁力的不同也影响着边界层的控制效应。在相同雷诺数的条件下，没有电磁力时，随着翼型体攻角的不断增加，所产生的卡门涡列上下摆动的幅度逐渐变大，分离点也逐渐提前；当所加电磁力相同时，小攻角的消涡效果好于大攻角。当所加电磁力不相同时，不同攻角时的消涡效果也不大相同，虽不是所有电磁力均能完全消涡，但都有提高翼型体升力的效应；同一攻角条件下，没有电磁力时，高雷诺数时更容易发生边界层分离，当所加电磁力相同时，低雷诺数时更容易抑制边界层分离。