环形附壁射流的动态特性及基于合成射流的控制方法研究

Blown-film manufacturing process is an important plastic film manufacturing process. The production rate and the quality of the product are limited by the cooling flow. Variable flow rate annual jet system was used in the high end production line to cool the bubble and control its azimuthal distribution of the film thickness. The system required multiple air supply units and was not efficient in energy consumption. It is proposed that a synthetic jet array can be used to modified the azimuthal distribution of the local convective heat transfer rate, hence the azimuthal distributions of the freeze-line-height. The development of the large scale flow structures in the nnular jet similar to the cooling flow used in the blown-film process will be studied using a PIV system, a hot-wire array, a fluctuating urface pressure sensor array and a fluctuating wall shear stress sensor array. POD and LSE methods will be used to study the evolution of arge scale flow structures in the annual attaching jets with different geometries. The synthetic jet array located along the inner and the uter lip of the annular jet will be used to control the development of the jet. The characteristics of large scale structures and the local at transfer rate will be compared to determine the optimum control scheme. The linear range that the attaching jet responded to the ctuation will be identified and linear models for the jet system will be extracted using a excitation/responds scheme. The data obtained in this investigation will contribute to the understand of the complex shear flows with structures of multiple scales.

环形附壁射流是一种工业中常见的复杂剪切流动,通常被用来冷却或者干燥物面。在航空发动机的环形燃烧室内，入射气流也形成类似环形附壁射流的流场。因不稳定性及反馈机制的存在，射流内出现内、外两个剪切层，低频摆动及周向速度不均匀性等特征运动形式。这些运动形式相互作用，形成复杂的拟序结构演化规律。通过主动控制的方法增加环形射流的冷却和干燥能力对工业生产有着重要的意义，但现有手段单一，调控系统复杂，能耗很大。本项目将开展使用多种测量方法和多传感器阵列的全面测量分析，发现大尺度拟序结构的发展规律，建立局部流动信息和全局流动信息的统计关系，并发展根据局部信息准确估算全局信息的预测方法。在此基础上开展基于合成射流的开环主动控制研究，揭示不同控制参数激励对流场内不同尺度运动形式发展规律的影响，以及对拟序结构传输动量和热量能力的影响，发现不同尺度的拟序结构之间的相互作用规律，为形成有效的闭环控制方法打下基础

环形附壁射流是一种工业中常见的复杂剪切流动,通常被用来冷却或者干燥物面。在航空发动机的环形燃烧室内，入射气流也形成类似环形附壁射流的流场。因不稳定性及反馈机制的存在，射流内出现内、外两个剪切层，低频摆动及周向速度不均匀性等特征运动形式。这些运动形式相互作用，形成复杂的拟序结构演化规律。通过主动控制的方法增加环形射流的冷却和干燥能力对工业生产有着重要的意义，但现有手段单一，调控系统复杂，能耗很大。本项目开展使用多种测量方法和多传感器阵列的全面测量分析，发现大尺度拟序结构的发展规律，建立局部流动信息和全局流动信息的统计关系，并发展根据局部信息准确估算全局信息的预测方法。在此基础上开展基于合成射流的开环主动控制研究，揭示不同控制参数激励对流场内不同尺度运动形式发展规律的影响，以及对拟序结构传输动量和热量能力的影响，发现不同尺度的拟序结构之间的相互作用规律，为形成有效的闭环控制方法打下基础..通过四年的实验研究，我们对平面及环形射流及与该流动类似的后向台阶内大尺度湍流结构的生成、演化和多尺度结构的相互作用进行了总结。发现了若干主要规律，尤其是展向大尺度结构的生成和演化规律。这些规律对于未来湍流模型的发展、流动控制方法的发展以及相应工程设计有重要作用。