分享到:

流动矢量主动控制的微射流技术研究

以微电子机械系统(MEMS)、混沌论及非线性复杂大系统不稳定理论为基础,一种全新的流场主动控制技术——微射流技术应运而生。作为一种全新的流场主动控制手段,微射流是通过其微尺度扰动同宏观大尺度流动的整体耦合作用达到控制宏观流动的目的。微射流控制系统简单、轻便、能耗极小且不需要工质源,初步显示出了常规射流控制方法所不具备的优势,具有非常广阔的应用前景。本文对微射流及其与主射流的合成流场进行数值模拟和机理分析,为微射流技术的工程应用研究打下基础。本文的主要研究成果如下:1.通过对微射流与主射流合成流场的深入分析,分别建立了微射流作动器二维、三维可压外流场控制方程以及二维微射流与主流合成流场的控制方程。采用快速求解的近似隐式因式分解法(AF方法)并内置似牛顿子迭代,有效地抑制了数值振荡、提高了稳定性并恢复了非线性方程在线化过程中所丢失的一些重要特性,同时还消除了因使用显式边界条件、人工粘性及隐式一边使用低阶空间差分近似所带来的误差。显式  (本文共123页) 本文目录 | 阅读全文>>

《西北工业大学学报》2003年05期
西北工业大学学报

单微射流作动器定向控制主流数值模拟

微射流技术是一种新型的流场主动控制技术 [1]。国外的初步研究结果显示 ,微射流的确能起到控制流场的作用[2 ] 。实验中 ,主射流宽度为 1 2 mm,在主射流出口的旁边放置一个微射流作动器 ,其微射流出口宽为 0 .5 mm。两个射流出口相距为微射流出口宽度的 3.5 5 6倍。实验中观察到在微射流的影响下主射流向微射流一侧偏转了约 30°。从对微射流流场的分析得知 ,具有旋涡流特征的微射流与主流相互作用 ,在微射流与主流之间形成低压回流区。低压回流区开始形成时仅局限于作动器出口壁面附近。由于亚音速流动中的压强梯度变化可逆流传播 ,因而此低压回流区沿着主流通道上部壁面逆流推进 ,如此 ,沿主流通道上下部会产生不对称垂直压强梯度 ,在其作用下主流发生偏转。本文拟对单微射流作动器影响主射流的合成流场进行数值模拟 ,以期从理论上进行深入探讨。1 控制方程和数值方法通过对微射流与主射流合成流场的初步分析 ,拟采用 N- S方程。对无...  (本文共4页) 阅读全文>>

《空气动力学学报》2006年03期
空气动力学学报

双微射流作动器定向控制主流数值模拟

0引言基于非线性系统的演化对初始条件具有敏感依赖性这个事实发展起来的微射流技术,在流场控制、边界层控制和机翼气动力控制等方面有很大的应用前景。微射流技术是一种新型的流场主动控制技术[1]。由于微射流作动器具有微型化和零净质量流率的特点,工作时喷射的工质全部来源于环境流体,控制系统简单、轻便,且消耗极少的电能,其优越性是传统的控制方法(例如二次喷射)所无法比拟的。此外,微射流技术还可用于增强混合、控制换热、减小阻力以及气动力控制和内部流动匹配等。国外的初步研究结果显示,微射流的确能起到控制流场的作用[2]。国内对微射流的研究工作也逐渐开展起来。文献[3]对单微射流定向控制主流进行了数值模拟,计算条件与文献[2]相同,计算结果显示了主流在微射流的作用下会发生偏转,与实验情形相符合。文献[4]对微射流控制主流进行了试验研究,验证了微射流对主流的控制作用。文献[5]将微射流作动器、通道和外域作为一个单连域进行了数值计算,模拟了微射流的形...  (本文共5页) 阅读全文>>

《空气动力学学报》2003年02期
空气动力学学报

微射流作动器三维外流场数值模拟

0 引 言微射流技术是一种新型的流场主动控制技术[1]。由于微射流作动器具有微型化和零净质量流率,控制系统简单、轻便且消耗极少的电能等特点,其优越性是传统的控制方法(例如二次喷射)所无法比拟的。此外,微射流技术还可用于增强混合、控制换热、减小阻力以及气动力控制和内部流动匹配等。微射流作动器的结构及工作原理详见文献[2]。正因为有巨大的、潜在的应用价值,微射流技术一经提出就得到研究人员的高度重视。目前,微射流在实验方面已经取得重大进展,例如采用MEMS技术制造阵列微射流作动器;用0.5mm宽的微射流让12mm宽的宏观主流偏转30°(若使用双微射流作动器还可使主流偏转更大的角度)[1];在机翼上加装微射流作动器以有效改变气动外形、提高升力、增大迎角[3]等。而理论分析如数值模拟则相对滞后。目前,国内外在微射流流场的数值模拟时大都采用不可压流模型(如文献[2]、文献[3]等)。文献[4]考虑了压缩性对流场的影响,采用层流模型对二维作动...  (本文共6页) 阅读全文>>

《空气动力学学报》2000年04期
空气动力学学报

微射流作动器出囗流场数值分析

0 引 言作为一种全新的流场控制方法 ,微射流技术已越来越多地引起人们的重视。与普通宏观喷射的射流作动器不同 ,微射流作动器的显著特点就是微型化和零净质量流率。其射流出口尺寸为几十至几百微米 ,总尺度范围也仅是厘米级 ,加之零净质量流率特点 ,系统质量大为减轻。微射流作动器及其和微传感器与微控制器组成的微电子机械系统 (MEMS)在流场主动控图 1 微射流作动器截面图Fig .1 Cross sectiondiagramofmicrojetactuator制、边界层控制、机翼气动力控制等方面有广阔的应用前景。仅以流场主动控制为例 ,微射流技术有望用于减小阻力、增强混合、控制换热、抑制振荡燃烧和改变流动方向等等[1] 。微射流作动器的工作原理如图 1所示 :它由一封闭腔体和压电陶瓷组成。腔体顶部开有宽为h的窄缝 ,底部为金属薄膜 ,膜上贴有压电陶瓷。当电能施加于压电陶瓷时 ,金属薄膜产生振动 ,随之环境气体不断地经由窄缝进入和排出...  (本文共6页) 阅读全文>>

西北工业大学
西北工业大学

用于推力方向控制的微射流技术

流场控制以及基于此的发动机推力方向控制长期以来都是国内外火箭推进领域广大工程技术人员追寻的目标之一。经过人们长期的探索,在二十世纪九十年代初,国外出现了一种基于混沌理论和非线性复杂性理论的全新流场控制技术——微射流技术。该技术的核心是微射流,它是在电信号驱动的微作动器作用下产生的射流。其最大特点是:不需要专门的工质储箱,而是直接从环境获取工质。国外的研究表明,这种技术除了可用于流动方向控制外,在附面层控制、降低阻力、增强燃烧以及强化冷却等很多方面也有显著效果。鉴于此,本文对这项技术进行了初步的理论探索和实验分析,希望通过这些工作为后续的研究及将来的工程应用打下基础。鉴于微射流技术和MEMS技术的紧密联系,本文对MEMS技术进行了概要介绍。而微射流场又和旋涡密不可分,所以文中也介绍了和旋涡相关的基本知识。本文还通过求解二维粘性不可压N-S方程对微射流场进行了数值模拟。结果清晰的反映了作动器出口附近微射流场的形态,同时也再现了此区域...  (本文共78页) 本文目录 | 阅读全文>>