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圆柱尾迹在干扰下脉动空间发展的实验研究

作　者: 黄晖
导　师: 麻伟巍
学　校: 东华大学
专　业: 固体力学
关键词: 圆柱绕流干扰空间发展平行涡倾斜涡模态A 涡的归并
分类号: O353.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

通过改变风速和改变探头位置两种实验手段对低雷诺数的圆柱绕流尾迹在干扰下脉动空间演化进行了大量而深入的实验研究,分析了单圆柱下各雷诺数尾迹的脱落频率和形态的空间演化；同时分析了不同间距时水平圆柱对单圆柱绕流的干扰下特定雷诺数下流场形态的空间演化情况、不同间距时垂直圆柱对单圆柱绕流的干扰下中心层和剪切层上旋涡的脱落频率随雷诺数的变化和在特定雷诺数下流场形态的空间演化。最后研究了同频、半频以及倍频激振干扰下单圆柱绕流尾迹的空间演化,并通过不同实验工况的相互比较,得出圆柱尾迹在干扰下脉动空间的发展规律。发现在低雷诺数流动时,单圆柱绕流平行涡工况下不可能产生涡的归并现象；只有倾斜涡工况下雷诺数到达一定值时,才有可能产生涡的归并现象,从而认定涡的归并现象开始段应该发生在倾斜涡产生的情况下；而模态A(出现不稳定的小尺度环状涡)以后,一定会产生有涡的归并现象。通过实验结果的对比发现了圆柱绕流尾迹在不同的干扰下脉动空间的发展有着很明显的区别。从整体来看,水平圆柱或者垂直圆柱的干扰会促进圆柱绕流尾迹涡的空间发展和能量的增强,且不同的圆柱间距下促进的程度不一样。而弱激振的干扰则恰恰相反,它会抑制圆柱绕流尾迹涡的空间发展和能量的增强,甚至会推迟尾迹涡的归并。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第一章绪论  10-22
  1.1 引言  10-11
  1.2 圆柱绕流的研究背景  11-14
    1.2.1 理论研究方面  11-12
    1.2.2 实验研究方面  12-14
  1.3 圆柱绕流的研究现状  14-16
    1.3.1 实验研究方面  14-15
    1.3.2 数值模拟研究方面  15-16
  1.4 各形态下的双圆柱绕流  16-17
  1.5 激振下的圆柱绕流  17-18
  1.6 信号处理方法的研究  18-20
  1.7 本实验的主要内容和创新点  20-22
第二章实验方案  22-36
  2.1 实验装置  22-30
    2.1.1 风洞改建和优化  22-24
    2.1.2 热线风速仪原理和操作步骤  24-28
    2.1.3 数据采集技术  28-29
    2.1.4 步进电机  29-30
  2.2 实验中圆柱绕流干扰形式的选取  30-36
    2.2.1 水平单圆柱绕流  30-31
    2.2.2 串列双圆柱绕流  31-32
    2.2.3 正交双圆柱绕流  32-35
    2.2.4 弱激振单圆柱绕流  35-36
第三章数据处理与分析  36-44
  3.1 功率谱参数的选择  36-37
  3.2 经验模态分析  37-39
  3.3 系踪平均处理  39-40
  3.4 自谱分析(快速傅里叶变换FFT)  40-41
  3.5 互谱分析  41-44
第四章圆柱绕流干扰研究  44-72
  4.1 单圆柱绕流分析  44-48
    4.1.1 单圆柱绕流的自谱分析  44-46
    4.1.2 单圆柱绕流的互谱分析  46-48
  4.2 不同干扰下的单圆柱绕流的自谱互谱分析  48-67
    4.2.1 水平圆柱对圆柱绕流的干扰分析  48-55
      4.2.1.1 两串列圆柱之间的距离为1d时自谱图分析  49-50
      4.2.1.2 两串列圆柱之间的距离为1d时互谱图分析  50-51
      4.2.1.3 两串列圆柱之间的距离为3d时自谱图分析  51-52
      4.2.1.4 两串列圆柱之间的距离为3d时互谱图分析  52-53
      4.2.1.5 两串列圆柱之间的距离为6d时自谱图分析  53-54
      4.2.1.6 两串列圆柱之间的距离为6d时互谱图分析  54-55
    4.2.2 垂直圆柱对圆柱绕流的干扰分析  55-67
      4.2.2.1 两正交圆柱之间的距离为1d时自谱图分析  56-58
      4.2.2.2 两正交圆柱之间的距离为1d时互谱图分析  58-59
      4.2.2.3 两正交圆柱之间的距离为3d时自谱图分析  59-61
      4.2.2.4 两正交圆柱之间的距离为3d时互谱图分析  61-63
      4.2.2.5 两正交圆柱之间的距离为6d时自谱图分析  63-64
      4.2.2.6 两正交圆柱之间的距离为6d时互谱图分析  64-65
      4.2.2.7 正交圆柱下自谱图随雷诺数的演化  65-67
  4.3 单圆柱绕流和不同干扰下单圆柱绕流的比较  67-72
    4.3.1 不同形态的圆柱对单圆柱绕流的干扰比较  67-68
    4.3.2 弱激振对圆柱绕流的干扰分析  68-72
      4.3.2.1 弱激振对圆柱绕流中心层的干扰时自谱图分析  69-71
      4.3.2.2 弱激振对圆柱绕流的干扰时互谱图分析  71-72
第五章结论和展望  72-74
  5.1 结论  72-73
  5.2 展望  73-74
参考文献  74-78
致谢  78-79
攻读硕士学位期间发表的学术论文和成果  79

圆柱尾迹在干扰下脉动空间发展的实验研究

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