合成双射流的相干结构演化与卷吸效应:工作频率的影响OA

合成双射流由两股相位差为180°的合成射流在下游融合形成,具有更强的动量通量、更远的穿透深度和更低的工作噪声,在流动控制领域有广阔的应用前景。然而,工作频率对其相干结构演化和卷吸效应的影响机制尚不清晰。本文采用高频粒子图像测速系统测量了长宽比R_(AR)=10,工作频率f_(A)=650、850、1050和1250 Hz的合成双射流的瞬时流场,并结合速度三重分解与旋涡四象限规则分析其相位平均流场和时均流场中的相干结构,还通过质量流率和动量通量对其卷吸能力进行了定量分析。结果表明,自给现象会加速合成双射流涡环曲率变化,抑制内侧旋涡卷起的同时拉扯整个涡环。这致使初级旋涡变形并分裂形成次级旋涡,促进短轴平面涡量向长轴平面转变,导致初级旋涡更快失去相干性并发生坍缩。工作频率f_(A)=650和850 Hz的时均流场具有较高的相似度,湍动能强度较低,在较大的范围内均有分布,周期动能在流场内占据主导地位,且主要集中在射流口附近。随着工作频率增大(f_(A)=1050和1250 Hz),初级旋涡更易坍缩进而失去相干性,此时小尺度涡融合和破碎引起的湍动能在流场中占主导,周期动能主要集中在初级旋涡卷起的区域。合成双射流对环境流体的卷吸能力并不仅仅由射流雷诺数或斯特劳哈尔数决定,还与旋涡演化的形态有关。次级旋涡的生成与演化可以增强射流的卷吸能力,使其在较低的射流雷诺数下仍具有较高的质量流率与动量通量;而这一过程受工作频率的调控,其通过改变初级旋涡演化形态,进而改变质量流率和动量通量的流向演化规律。本研究可为合成双射流激励器的参数优化与工程应用提供参考。