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题名前台阶分离流中柔性薄膜变形与流固耦合研究
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作者
林艺鹏
薛晓鹏
王汉封
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机构
中南大学土木工程学院
中南大学自动化学院
中南大学高速铁路建造技术国家工程研究中心
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出处
《中南大学学报(自然科学版)》
北大核心
2025年第3期1053-1063,共11页
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基金
国家自然科学基金资助项目(52078505)
湖南省自然科学基金面上项目(2022JJ30736)。
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文摘
通过任意拉格朗日-欧拉数值模拟方法,研究不同量纲一弯曲刚度γ的二维薄膜在前台阶分离流中的变形、拍动及相应的流固耦合特性。薄膜特征长度与台阶高度相同,基于来流速度和薄膜长度的雷诺数为640,γ由0.9000至0.0001逐渐减小。研究结果表明:当0.700≤γ≤0.900(区间Ⅰ)时,薄膜处于稳定小幅弯曲状态;当0.080<γ<0.700(区间Ⅱ)时,自由端开始出现小幅摆动,运动轨迹为往复直线运动,当0.300≤γ<0.700时,薄膜拍动频率随γ减小逐渐接近理论固有频率,之后远离固有频率;当0.060≤γ≤0.080(区间Ⅲ)时,流体力与薄膜自身恢复力接近平衡,薄膜重新回到稳定状态;当0.001≤γ<0.060(区间Ⅳ)时,薄膜发生大幅波浪式拍动,产生周期性脱落的拍动诱导涡,拍动频率随γ减小而减小;当γ从0.001继续减小至0.0001(区间Ⅴ)时,薄膜最终出现临近贴壁现象。其中,在区间Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ,薄膜能显著提高前台阶上表面回流区高度;在区间Ⅳ,薄膜波浪式拍动显著抑制了台阶上表面的分离流,台阶上表面压力系数显著减小;在区间V,薄膜几乎无法对台阶流场产生影响。研究结果可为利用薄膜控制分离流流动提供参考。
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关键词
任意拉格朗日-欧拉法(ALE)
前台阶分离流
柔性薄膜
量纲一弯曲刚度
流动控制
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Keywords
arbitrary Lagrangian-Eulerian method(ALE)
forward-facing step separation flow
flexible film
dimensionless bending stiffness
fluid control
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分类号
TU971
[建筑科学—建筑理论]
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