剪切来流下圆柱绕流的电磁控制

摘要

本文对均匀来流和剪切来流条件下，圆柱绕流及其电磁控制进行了实验和数值研究。实验在转动水槽中进行，电磁激活板由电极条和磁条按一定顺序交错排列而成。通过吊杆将装有电磁激活板的圆柱插在槽内液体中。吊杆上的应变片用于测试圆柱的阻力，注入适当的染料用来显示流场。数值模拟时，基于指数极坐标中考虑场力的Navier-Stokes方程，采用ADI格式和FFT格式。结果表明，实验与计算所描述的流场具有相同的变化趋势。 研究表明，电磁场在圆柱表面附近产生的Lorentz力，可以改变流体边界层的结构，抑制流体分离，其控制效果与构成电磁激活板的电极条和磁条的宽度与强度(即Lorentz力的大小)有关。Lorentz力较小时，流动分离点后移，但不能完全抑制流体的分离。随着Lorentz力的增大，极板窄的电磁激活板首先可以完全抑制流体分离；当Lorentz力的进一步增大时，无论极板宽窄，都可以完全抑制流体分离。随着Lorentz力增大，阻力减小，阻力振动幅度也逐渐减小。 对于均匀来流，涡在圆柱两侧(上、下表面)的周期性脱落导致升力的周期性振荡，其均值为0；Lorentz力作用后，由于流动分离得到抑制，升力不再振荡，其值为0。但对于剪切来流，流场是不对称的，以上侧流速较快，下侧流速较慢的情形为例，此时，圆柱的尾迹向下偏斜，滞止点上移，升力也不再为0，指向下侧；Lorentz力作用后，圆柱的尾迹成一条直线向下侧偏移，升力不再振荡，但其值不为零，Lorentz力越大，升力的绝对值也越大。

目录

文摘

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声明

第一章绪论

1.1课题背景和意义

1.1.1圆柱绕流

1.1.2圆柱绕流的电磁控制

1.2国内外的研究概况

1.3本文的研究内容及主要工作

第二章实验系统

2.1电磁激活板

2.2实验水槽

2.3流场显示装置

2.4测力装置

2.5本章小结

第三章电磁控制圆柱绕流的数值方法

3.1基本方程

3.1.1控制方程

3.1.2压力系数

3.1.3升力和阻力的系数

3.2计算方法

3.2.1离散方程

3.2.2初始条件和边界条件

3.3本章小结

第四章圆柱绕流及其电磁控制

4.1均匀来流圆柱绕流及其电磁控制

4.1.1圆柱绕流

4.1.2圆柱绕流的电磁控制

4.1.3 Lorentz力大小对绕流控制的影响

4.1.4极板宽度对绕流控制的影响

4.1.5包覆位置对绕流控制的影响

4.2剪切来流下的圆柱绕流及其电磁控制

4.2.1剪切来流下的圆柱绕流

4.2.2剪切来流下圆柱绕流的电磁控制

4.2.3 Lorentz力大小对绕流控制的影响

4.2.4包覆位置对绕流控制的影响

4.3本章小结

第五章结论与展望

致谢

参考文献