Abstract This study conducts an implicit large eddy simulation (ILES) of jet boat tail (JBT) flows to investigate its drag reduction mechanism. The concept of JBT passive flow control is to create a circumferential jet around a bluff body toward the center of the base area. It forms a jet cone to have the similar effect of a solid boat tail. The LES is performed for a baseline bluff body and a JBT model modified from the baseline. The LES predicts that the JBT reduces the averaged drag coefficient by 19.3%, a reasonable agreement with the experimental drag reduction of 22.5%. The reduced averaged wake area is also observed for the JBT model, resulting in a decreased drag. In addition, the unsteady flow structures of the baseline and JBT flow are analyzed to study the flow mixing and entrainment mechanism. For the baseline configuration, the coherent vortex structures occur far downstream of the base surface. It hence does not have strong entrainment and energy transfer from freestream to the base area. For the JBT flow, a pulsative jet is induced by the vortex shedding of the shear layer and interacts immediately with the shear layer near the base surface. It generates the small structures that are substantially larger than those of the baseline configuration. The larger vortex structures of JBT enhance the flow entrainment and transfer more energy from the freestream to the base area. It results in higher static pressure in the base area that substantially reduces the pressure drag. Proper orthogonal decomposition of flow field reveals the periodic jet pulsation pattern in the azimuthal direction.

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喷射艇尾被动流控制减阻大涡模拟

摘要 本研究对喷射艇尾流 (JBT) 进行隐式大涡模拟 (ILES) 以研究其减阻机制。JBT 被动流量控制的概念是在钝体周围向底部区域的中心创建一个圆周射流。它形成一个喷射锥，具有与实心船尾类似的效果。LES 是针对基线钝体和从基线修改的 JBT 模型执行的。LES 预测 JBT 将平均阻力系数降低了 19.3%，与实验减阻 22.5% 合理一致。JBT 模型还观察到平均尾流面积减少，从而导致阻力减少。此外，还分析了基线和JBT流的非定常流动结构，研究了流动混合和夹带机理。对于基线配置，相干涡旋结构发生在基面下游很远的地方。因此它没有从自由流到基区的强夹带和能量转移。对于 JBT 流，剪切层的涡旋脱落引起脉动射流，并立即与基面附近的剪切层相互作用。它生成的小结构比基线配置的结构大得多。JBT 的较大涡流结构增强了流动夹带并将更多能量从自由流转移到基区。它会导致底部区域的静压更高，从而大大降低了压力阻力。流场的正确正交分解揭示了方位角方向上的周期性射流脉动模式。因此它没有从自由流到基区的强夹带和能量转移。对于 JBT 流，剪切层的涡旋脱落引起脉动射流，并立即与基面附近的剪切层相互作用。它生成的小结构比基线配置的结构大得多。JBT 的较大涡流结构增强了流动夹带并将更多能量从自由流转移到基区。它会导致底部区域的静压更高，从而大大降低了压力阻力。流场的正确正交分解揭示了方位角方向上的周期性射流脉动模式。因此它没有从自由流到基区的强夹带和能量转移。对于 JBT 流，剪切层的涡旋脱落引起脉动射流，并立即与基面附近的剪切层相互作用。它生成的小结构比基线配置的结构大得多。JBT 的较大涡流结构增强了流动夹带并将更多能量从自由流转移到基区。它会导致底部区域的静压更高，从而大大降低了压力阻力。流场的正确正交分解揭示了方位角方向上的周期性射流脉动模式。脉动射流由剪切层的涡旋脱落引起，并立即与基面附近的剪切层相互作用。它生成的小结构比基线配置的结构大得多。JBT 的较大涡流结构增强了流动夹带并将更多能量从自由流转移到基区。它会导致底部区域的静压更高，从而大大降低了压力阻力。流场的正确正交分解揭示了方位角方向上的周期性射流脉动模式。脉动射流由剪切层的涡旋脱落引起，并立即与基面附近的剪切层相互作用。它生成的小结构比基线配置的结构大得多。JBT 的较大涡流结构增强了流动夹带并将更多能量从自由流转移到基区。它会导致底部区域的静压更高，从而大大降低了压力阻力。流场的正确正交分解揭示了方位角方向上的周期性射流脉动模式。JBT 的较大涡流结构增强了流动夹带并将更多能量从自由流转移到基区。它会导致底部区域的静压更高，从而大大降低了压力阻力。流场的正确正交分解揭示了方位角方向上的周期性射流脉动模式。JBT 的较大涡流结构增强了流动夹带并将更多能量从自由流转移到基区。它会导致底部区域的静压更高，从而大大降低了压力阻力。流场的正确正交分解揭示了方位角方向上的周期性射流脉动模式。