我校能源与动力学院黄国平教授在流体力学国际顶级期刊JFM发表论文

发布时间:2017-09-11浏览次数:1542作者:陆惟煜来源:能源与动力学院供图:能源与动力学院审核:

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近日,我校能源与动力学院黄国平教授及其团队其他成员共同撰写的学术论文“A nonlinear dynamic model for unsteady separated flow control and its mechanism analysis”在流体力学国际顶级SCI期刊Journal of Fluid Mechanics(简称JFM, IF=2.821, 流体领域投稿期刊国际排名第一)发表。


流体脱离固体表面运动的流动分离现象往往产生极大的流动阻力或流动损失,导致流体机械产生严重的后果,如飞机机翼或压气机叶片的失速现象。为此,人们常采用某种手段来消除或削弱流动分离,即流动控制,这在航空航天流动问题中一直是具有重要科研价值的热点问题。近年来,研究人员发现,像脉冲射流和振动表面等非定常激励措施,能在耗费较小能量的前提下更有效地控制流动分离,产生所谓“四两拨千斤”的效果,但对其动力学机理的理解仍不清楚。因此,关注分离流动的动态拟序结构、并力图通过非定常激励措施更有效地控制流动分离成为了流体力学的研究前沿。黄国平教授团队在国家自然科学基金项目(51176072、51306089)和航空发动机AXXX计划项目的支持下,提出了一个创新性的研究思路:从常见的分离流动提炼出拟序分离流的特征,建立反映其特征的简化动力学模型,在简化模型层面研究内在本质机理,进而揭示非定常激励抑制分离的动力学机理。当前,因为拟序流动结构复杂、非线性很强,一般的流场计算或实验研究难于把握这类问题;这个新思路有助于突破困局,达到“去除枝叶、留下主干”的效果。


此次在JFM上发表的论文,从N-S方程出发基于分离区剪切流近似、Stuart涡列模型及拉格朗日方法(流动图画如下图所示),对典型拟序分离流动结构建立了反映混沌非定常分离流的简化模型(SCDM模型):



该模型发现的非定常激励的频率依赖性、混沌分离流有序化机制及激励信号与分离涡团自同步现象已得到数值模拟与实验的证实。成果能为今后进一步研究非定常激励控制分离的机理、指导设计更有效的流动控制方案,提供了一个有效的新手段。