论文摘要：圆柱绕流主动控制的实验研究

本文将合成射流对称地布置在圆柱上下表面分离点上游附近，在水槽中研究了不同动量系数和激励频率下合成射流对圆柱尾迹涡脱落模式的控制效果。借助流动显示技术和粒子图像测速技术，定性和定量地给出了不同尾迹涡脱落模式的演化过程和频谱特性，并分析和阐述了控制机理和参数影响规律，为在分离点附近布置合成射流控制钝体绕流的方法提供了依据。论文主要内容如下：

固定来流雷诺数为Re=1200，改变合成射流激励参数，圆柱尾迹涡脱落呈现出如下脱落模式：2S反对称模式、2P对称模式、2(P+S)反对称模式、双稳态模式和2S对称模式。使用流动显示、相位平均和本征正交分解等方法给出了不同模式的尾迹涡演化过程，同时利用本文提出的全场特征频率分解方法，给出了不同脱落模式下流场的频谱特性。

综合应用流动显示和微距镜头拍摄的PIV结果，分析了尾迹涡典型脱落模式的剪切层分离特性，细致地揭示了不同尾迹涡脱落模式的产生机理。根据壁面附近的流动特性，尾迹涡从剪切层分离产生的机理可以概括为“合成射流向边界层输入动量——边界层剪切涡量积累——诱导产生二次涡——二次涡阻碍剪切层涡量输运——末端聚集涡量与剪切层分离形成尾迹涡——剪切层残余涡量进入新的尾迹涡生成过程”。根据圆柱下游尾迹涡演化过程，漩涡融合机理可以概括为“尾迹涡向下游对流时卷携周围流体——尾迹涡对流速度减慢并受外流影响向低速流体一侧偏移——上游尾迹涡从另一侧赶超——两个尾迹涡相互诱导融合”。在不同激励参数下，由于以上两种机制的共同作用，最终导致了不同脱落模式的产生。

分析不同激励参数对尾迹涡模式分布、圆柱近尾迹区域流场的速度统计量以及全场功率谱的影响，发现动量系数Cμ、激励频率fe和激励振幅A三个参数均会对圆柱尾迹涡脱落模式产生影响。合成射流只有在具有足够的动量系数和一定的射流冲程下才能改变圆柱尾迹涡的脱落模式。激励频率决定了向剪切层输入动量的周期，影响不同尾迹涡脱落模式的产生。

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