《基於局部表面振盪的湍流邊界層閉環控制實驗研究》是依託哈爾濱工業大學，由周裕擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於局部表面振盪的湍流邊界層閉環控制實驗研究
- 依託單位：哈爾濱工業大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：周裕
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
此項目是在已經取得重要突破（減阻達50%）的開環控船船晚主制基礎上進行（Bai et al. 2011）， 將進一步研究：（１）湍流邊界層中壁面脈動摩擦力、壁面脈動壓力、近壁面流向脈動速度，以及它們之間的相互關係，這龍拔提些物理量與近壁面流向渦和壁面摩擦阻力緊密相連；（２）以減少壁面摩擦阻力為控制目標，把上述三個物理量或者它們之間的組合作為前饋和反饋信號，提出一種有效的線性閉環控制系統並進行驗證；（３）探索性地提出一種基於自適應逆神經網路的控制系統並套用於湍流邊界層減阻控制；（４）利用多種實驗技術（熱線、熱膜、PIV，以及煙線流動顯示）測量控制後的湍流邊界層，並與控制前的數據進行分析比較（採用空間-時間互相關，條件採樣與平均，以及本徵正交分解（POD）等處理方法），以揭示流體物理及控制機理。
結題摘要
本項目工作分為三部分。(1) 在採用壓電陶瓷片陣列產生的橫向波局部減阻量達50%的基礎上，深入理解物理機制，並提出以下減阻機理：(a) 沿橫向波產生一系列流向渦，形成一乘精和隔離區，截斷或減弱了湍流邊界層擬序結構與壁面聯繫，即中斷了湍流產生的循環過程（Turbulence production cycle）；(b) 研究發現該隔離區耗散率大幅增加，使湍流邊界層趨於層流化。二者均使壁面摩擦阻力降低。(2) 針對壓電陶瓷片陣列產生的減阻區恢復迅速的缺點（即減阻區漏漏射小），項目提出採用脈衝式狹縫射流陣列減阻的新方法，並發現該方法減阻高達70%，並且減阻恢復速度大幅減慢，較壓電陶瓷片陣列減阻區域增大三倍。該工作已經在國際會議中報導，目前正在準備期刊論文。(3) 成功研發湍流邊界層閉環減阻控制系統。本項目利用上、下游熱線探針，dSPACE 實時控制系統，傳遞函式及壓電陶瓷振動片等組成了閉環控制系統。對比了四種控制系統，即開環控制、前饋控制、反饋控制、前饋與反饋控制。這四種控制系統的最大壁面剪下應力減阻量分別為的在開環控鴉拜求膠制系統的減阻量為30%, 24%, 20% 與28%，對應的占空比分別為100%, 50%, 50%與62%。這表明閉環控制系統利用壓電陶瓷振照奔動片針對高阻力區的控制策略在湍流邊界層中展示了良好的效率，大大節省了輸入的控制能量。在開環控制系統的減阻量為30%與占空比為50%的條件下，非線性模糊閉環控制系統的壁面減阻率達到了25%。最後，壓電霸婆籃陶瓷片的減阻機理使得此項工作在2014年發表在國際流體力學頂級期刊 Journal of Fluid Mechanics上，並兩次受邀赴德國Aachen 大學做國際會議特邀報告。
