基于仿生尼龍絲的圓柱繞流被動(dòng)控制

陳文禮，林隆瀚，鄧質(zhì)，高東來,*

1.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 結(jié)構(gòu)工程災(zāi)變與控制教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，哈爾濱 150090

2.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 土木工程智能防災(zāi)減災(zāi)工業(yè)和信息化部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，哈爾濱 150090

3.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 智慧基礎(chǔ)設(shè)施研究中心，哈爾濱 150090

0 引 言

鈍體繞流是工程界關(guān)注的經(jīng)典課題，在土木工程、海洋工程、航空航天工程等領(lǐng)域都是熱點(diǎn)研究方向。當(dāng)鈍體浸沒于流體中運(yùn)動(dòng)，且鈍體表面旋渦脫落頻率與鈍體固有頻率接近時(shí)，會(huì)引起鈍體的渦激共振。渦激共振會(huì)導(dǎo)致橋梁、高層建筑等細(xì)長(zhǎng)型結(jié)構(gòu)產(chǎn)生劇烈振動(dòng)，并可能對(duì)結(jié)構(gòu)造成重大破壞。目前，工程領(lǐng)域常見的振動(dòng)控制措施包括結(jié)構(gòu)措施、機(jī)械措施和氣動(dòng)措施等[1-3]。此外，研究者還采用不同方法改變工程結(jié)構(gòu)流動(dòng)形式，進(jìn)行流動(dòng)控制，從而達(dá)到減阻、減震、降噪等目的，控制效果較好，具有較強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。

Choi 等[4]根據(jù)有無能量消耗將常見流動(dòng)控制方法分為主動(dòng)控制方法和被動(dòng)控制方法。被動(dòng)控制方法一般通過改變物體幾何形狀實(shí)現(xiàn)，而主動(dòng)控制方法一般通過加入外界干擾改變初始流場(chǎng)性質(zhì)來實(shí)現(xiàn)。定常吸吹氣是近年來主動(dòng)控制方法研究熱點(diǎn)之一。Gao[5]和Yu[6]等通過研究發(fā)現(xiàn)，該方法可有效提高尾流穩(wěn)定性。盡管主動(dòng)控制方法可通過調(diào)整外部能量條件改變控制參數(shù)，但對(duì)能量的依賴使其應(yīng)用受到限制；相比而言，被動(dòng)控制方法成本低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)方便，更易應(yīng)用于實(shí)際工程。

多種被動(dòng)控制方法已被應(yīng)用于工程實(shí)踐中，如在結(jié)構(gòu)表面設(shè)置凸起[7]、凹坑[8]、導(dǎo)流板[9-10]、開縫[11]、開槽[12-13]和螺紋[14]等。Chauhan 等[15]通過研究發(fā)現(xiàn)，方柱后側(cè)的分流板使方柱的阻力系數(shù)最大下降了23%。Sahu 等[16]通過實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，圓柱后駐點(diǎn)的剛性分流板可以有效控制圓柱結(jié)構(gòu)的渦激振動(dòng)。這些被動(dòng)控制方法無需輸入額外能量，能夠有效控制工程結(jié)構(gòu)的非穩(wěn)態(tài)空氣動(dòng)力。

鳥類羽毛可以有效地降低阻力和噪聲。受鳥類羽毛啟發(fā)，仿生被動(dòng)控制方法在工程領(lǐng)域得到了極大關(guān)注。Bocanegra 等[17]研究了一種可以緩解流動(dòng)分離且不會(huì)明顯增大湍動(dòng)能（Turbulence Kinetic Energy,TKE）的仿生涂層。Brücker[18]、Talboys[19]、Kunze[20]、Geyer[21]、Kamps[22]等使用自適應(yīng)柔性涂層在圓柱上進(jìn)行了一系列實(shí)驗(yàn)，流動(dòng)可視化結(jié)果表明：從毛發(fā)上產(chǎn)生的行波可以縮短分離流長(zhǎng)度，增大旋渦脫落的頻率，從而有效控制噪聲輻射和旋渦脫落現(xiàn)象。Deng 等[23]研究發(fā)現(xiàn)，小迎角下S833 機(jī)翼后緣的柔性尾翼可以抑制上下層剪切層的相互作用，并降低TKE 和雷諾應(yīng)力。Deng 等[24]對(duì)布置不同數(shù)量、長(zhǎng)度和附著角柔性絲線的圓柱進(jìn)行了數(shù)值模擬，結(jié)果表明：當(dāng)L/D（絲線長(zhǎng)度與圓柱直徑之比）為0.5 的柔性絲線設(shè)置于圓柱的前后駐點(diǎn)時(shí)，平均阻力和波動(dòng)升力分別降低了10.8%和34.6%?；跀?shù)值模擬結(jié)果，對(duì)布置不同數(shù)量、長(zhǎng)度和附著角的薄膜的圓柱進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究[25]，結(jié)果表明：在雷諾數(shù)Re=1.07 × 104條件下，L/D=2.0、附著角為0°～60°和135°～180°的薄膜控制效果最佳。

Deng 等[24-25]的數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在圓柱前駐點(diǎn)布置薄膜能夠有效控制圓柱繞流場(chǎng)。為改變圓柱的卡門渦街旋渦脫落模式，優(yōu)化圓柱氣動(dòng)力，降低湍流度，本文采用高速粒子圖像測(cè)速技術(shù)（Particle Image Velocimetry,PIV）和壓力測(cè)量技術(shù)，對(duì)前駐點(diǎn)布置仿生尼龍絲的圓柱繞流場(chǎng)進(jìn)行研究，基于圓柱的氣動(dòng)力特征、時(shí)均流場(chǎng)和瞬態(tài)結(jié)果，分析仿生尼龍絲的控制效果及控制機(jī)理。

1 實(shí)驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)在哈爾濱工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院風(fēng)洞與浪槽聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室1 號(hào)風(fēng)洞（SMC-WT1）進(jìn)行。該回流式風(fēng)洞試驗(yàn)段尺寸為505 mm × 505 mm × 1050 mm，以透光性能良好的有機(jī)玻璃制成；風(fēng)速在4～25 m/s之間連續(xù)可調(diào)，湍流度約為0.36%。本文實(shí)驗(yàn)的來流風(fēng)速u0控制在8 m/s。

1.1 布置尼龍絲的圓柱模型

采用的圓柱模型如圖1 所示。模型展向長(zhǎng)度為504.0 mm，直徑為50.0 mm，以聚甲基丙烯酸甲酯3D 打印制成，制造誤差為0.1 mm。

圖1 實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ驼掌現(xiàn)ig.1 Photo of the test model

在不同流場(chǎng)條件下，植物和鳥類羽毛會(huì)產(chǎn)生不同的變形[26-28]，改變周圍的流場(chǎng)。尼龍絲也有在不同流場(chǎng)條件下產(chǎn)生不同變形的特性，因此本文采用如圖2（a）所示的尼龍絲仿生植物和鳥類羽毛，以達(dá)到控制圓柱繞流場(chǎng)的目的。為將尼龍絲布置于圓柱表面的前駐點(diǎn)上，首先在前駐點(diǎn)處開一狹槽，然后將18 束尼龍絲（每束寬度為5 mm）兩兩間隔5 mm 粘貼于一凹形條上，最后將凹形條嵌入狹槽中，如圖2（b）所示。

圖2 仿生被動(dòng)控制的實(shí)現(xiàn)Fig.2 Implementation of bionic passive flow control

實(shí)驗(yàn)中，外露于圓柱表面的尼龍絲長(zhǎng)度L 以20 mm 為增量由10 mm 變化至90 mm，以無量綱參數(shù)L/D（尼龍絲長(zhǎng)度與圓柱直徑之比）作為特征變量，則L/D 以0.4 為增量從0.2 變化至1.8。

根據(jù)來流風(fēng)速u0和圓柱直徑D，本文實(shí)驗(yàn)雷諾數(shù)為2.67 × 104。在控制工況中，圓柱表面布置尼龍絲區(qū)域的寬度（沿展向）為175 mm。本文忽略圓柱兩端未布置尼龍絲區(qū)域的三維效應(yīng)。

1.2 表面壓力測(cè)量系統(tǒng)

如圖3 所示，在測(cè)壓環(huán)上以10°為間隔均勻布置36 個(gè)內(nèi)徑為1.0 mm 的測(cè)壓孔。以長(zhǎng)度為650 mm、直徑為1.0 mm 的聚氯乙烯管（PVC）連接測(cè)壓孔和數(shù)字壓力測(cè)量設(shè)備（型號(hào)DSM3400，具有64 個(gè)測(cè)量通道的掃描閥）。每個(gè)工況的采樣頻率為500 Hz，采樣時(shí)間為40 s。根據(jù)Irwin 等[29]的研究結(jié)果，本實(shí)驗(yàn)中由測(cè)壓管（長(zhǎng)度650 mm）引起的瞬時(shí)壓力信號(hào)振幅衰減和相位滯后導(dǎo)致的阻尼效應(yīng)可以忽略。

圖3 測(cè)壓環(huán)示意圖Fig.3 Schematic diagram of the pressure measurement plane

根據(jù)Chen 等[30]的研究，由表面壓力分布估計(jì)的圓柱模型表面不穩(wěn)定空氣動(dòng)力（升力和阻力）系數(shù)可以用以下公式積分得到：

式中：CD、CL分別為圓柱表面阻力系數(shù)和升力系數(shù)，Cpi為圓柱表面壓力系數(shù)；pi為圓柱表面靜壓，p∞為來流靜壓；θi為測(cè)壓孔所在的方位角（如圖3 所示），Δθ為相鄰測(cè)壓孔方位角的差值，Δθ=10°。

1.3 PIV 測(cè)量系統(tǒng)

實(shí)驗(yàn)中，采用高速粒子圖像測(cè)速（PIV）系統(tǒng)獲得模型尾流流動(dòng)特征。該系統(tǒng)由煙霧發(fā)生器（Rosco，Mini-V）、CCD 高速相機(jī)（pco.dimax HS4，最大分辨率2000 像素 × 2000 像素）、雙脈沖Nd: YAG 激光器（脈沖能量425 mJ，波長(zhǎng)532 nm）和數(shù)字式延遲發(fā)生器組成，如圖4 所示。

圖4 PIV 測(cè)量實(shí)驗(yàn)示意圖Fig.4 Schematic diagram of the PIV measurement experiment

在實(shí)驗(yàn)中，以煙霧發(fā)生器生成的直徑為1.0～5.0 μm 的小油滴作為示蹤粒子，并以中跨截面作為目標(biāo)平面。為確保收斂性，在每個(gè)測(cè)試工況中均采集2000 對(duì)圖像（分辨率為1790 像素 × 1000 像素，采樣頻率為200 Hz，采樣時(shí)間為15 s）。對(duì)圖像采用互相關(guān)算法（有效重疊度為50%，詢問窗口大小為32 像素 × 32 像素）進(jìn)行處理，以獲得圓柱尾流的瞬時(shí)速度場(chǎng)。參照Park 等[31]的方法，本文使用PIV 系統(tǒng)所獲流速的不確定度約在5%以內(nèi)。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 對(duì)氣動(dòng)力的控制效果

根據(jù)壓力測(cè)量結(jié)果，繪制了無控工況（L/D=0）和控制工況下圓柱中跨截面的平均壓力系數(shù)和脈動(dòng)壓力系數(shù)分布，如圖5 所示。由圖5（a）可知，在無控工況下，圓柱背風(fēng)側(cè)存在對(duì)稱分布的負(fù)壓區(qū)平臺(tái)，這是在圓柱上下表面分離的剪切層相互作用下形成的，導(dǎo)致圓柱近尾流區(qū)域形成了再循環(huán)區(qū)域。在控制工況下，背風(fēng)側(cè)負(fù)壓區(qū)平臺(tái)“上升”，表明圓柱中跨截面的阻力系數(shù)有降低趨勢(shì)；平均壓力系數(shù)在L/D=1.4 時(shí)達(dá)到最小值，其分布的對(duì)稱性則明顯有所下降，這是由于尼龍絲在圓柱前駐點(diǎn)上下兩側(cè)分布不均勻。圖5（b）顯示了不同工況下瞬時(shí)壓力系數(shù)的均方根（脈動(dòng)壓力系數(shù)）分布。在無控工況下，脈動(dòng)壓力系數(shù)分布與平均壓力系數(shù)分布類似，同樣呈現(xiàn)出中心對(duì)稱性。圓柱背風(fēng)側(cè)的脈動(dòng)壓力系數(shù)比其他位置更高，表明脈動(dòng)風(fēng)荷載在圓柱表面的變化和波動(dòng)較大。與無控工況相比，控制工況下的脈動(dòng)壓力系數(shù)降低（特別是在背風(fēng)側(cè)），表明模型表面的非定常脈動(dòng)風(fēng)荷載得到顯著控制，脈動(dòng)壓力系數(shù)在L/D=1.4 時(shí)達(dá)到最小值。

圖5 無控和控制工況下的圓柱表面壓力分布Fig.5 Pressure distributions around the baseline and controlled circular cylinder model

采用傅里葉變換（FFT）對(duì)無控和控制工況下圓柱中跨截面的瞬時(shí)升力系數(shù)的時(shí)程曲線進(jìn)行分析，得到相應(yīng)的功率譜，如圖6 所示。在無控工況下，能量集中于功率譜的主導(dǎo)頻率19.300 Hz 上，表明模型尾流中有規(guī)律的周期性旋渦脫落。該主導(dǎo)頻率對(duì)應(yīng)的斯特勞哈爾數(shù)（Sr=fD/u0）為0.121。當(dāng)L/D 為0.2 和0.6 時(shí)，功率譜振幅略有下降，主導(dǎo)頻率變化很小，表明此時(shí)模型周圍的氣動(dòng)力幾乎不受尼龍絲影響。當(dāng)L/D=1.0 時(shí)，主導(dǎo)頻率下降至16.423 Hz，功率譜振幅明顯下降，表明此時(shí)尼龍絲能顯著控制不穩(wěn)定的旋渦脫落模式。

圖6 無控和控制工況下圓柱非穩(wěn)態(tài)升力系數(shù)的功率譜分析Fig.6 Frequency spectrum analysis of the nonstationary lift coefficients about the cylindrical model with controlled and baseline cases

為證明仿生被動(dòng)控制方法對(duì)降低圓柱空氣動(dòng)力系數(shù)的有效性，比較了無控和控制工況下圓柱中跨截面的平均阻力系數(shù)和脈動(dòng)升力系數(shù)。圖7 顯示了圓柱中跨截面的平均阻力系數(shù)和脈動(dòng)升力系數(shù)的分布。從整體趨勢(shì)可以看出，隨著L/D 增大，平均阻力系數(shù)和脈動(dòng)升力系數(shù)均減小，L/D=1.4 時(shí)，兩者比無控工況下分別減小約40.3%和84.6%，表明L/D=1.4 的控制工況對(duì)圓柱的升力和阻力均有明顯的控制效果。

圖7 無控和控制工況下的圓柱升力系數(shù)和阻力系數(shù)Fig.7 Drag and lift coefficients acting on the baseline and controlled circular cylinder model

2.2 對(duì)尾流結(jié)構(gòu)的控制效果

本征正交分解（POD）是一種處理離散數(shù)據(jù)的方法，可以將高階模型簡(jiǎn)化為低階模型，簡(jiǎn)化復(fù)雜的隨機(jī)過程，從而獲得所需的時(shí)空信息。其基本思想是將復(fù)雜的隨機(jī)變量分解為與空間特征有關(guān)的系數(shù)矩陣和與時(shí)間特征有關(guān)的基函數(shù)。其中，基函數(shù)的確定原則[32]是：在每一次分解過程中，使最低階模態(tài)含有最多的能量。

改進(jìn)的snapshot POD 算法由Sirovich[32]引入PIV 測(cè)量，其有效性被Deri[33]和Prothin[34]等證實(shí)。下文介紹流體力學(xué)領(lǐng)域中snapshot POD 方法的相關(guān)理論。POD 模態(tài)參數(shù)計(jì)算采用如下公式：

式中：A 為含有模態(tài)系數(shù)的POD 模態(tài)矩陣；λ為特征值；C 為自相關(guān)矩陣；N 為時(shí)間序列長(zhǎng)度；u′為脈動(dòng)流速向量。

根據(jù)Sirovich[32]的理論，脈動(dòng)流速可分解為一系列正交基Φi與模態(tài)系數(shù)ai乘積的和：

式（8）為POD 模態(tài)分解的核心。通過模態(tài)分解，將二維隨機(jī)變量脈動(dòng)速度矩陣分解為2 個(gè)一維變量，實(shí)現(xiàn)降維，簡(jiǎn)化計(jì)算，得到流場(chǎng)主要模態(tài)階數(shù)的運(yùn)動(dòng)特征分布，進(jìn)而得到代表主要流動(dòng)能量不同階數(shù)的流動(dòng)模式信息。

通過分析PIV 系統(tǒng)獲得的2000 對(duì)流場(chǎng)照片，采用snapshot POD 算法，提取了圓柱流動(dòng)特征和時(shí)間演變信息。采用POD 模態(tài)分析得到的前15 階模態(tài)對(duì)流場(chǎng)進(jìn)行重構(gòu)，得到一系列瞬時(shí)渦量圖（圖8），選擇其中1 個(gè)周期（T）的4 幅瞬時(shí)渦量圖進(jìn)行分析。在無控工況下，旋渦在圓柱上下兩側(cè)被交替拉伸，導(dǎo)致尾流場(chǎng)中出現(xiàn)周期性的交替脫落，如圖8（a）所示。當(dāng)L/D 從0.2 增大至1.0 時(shí)，旋渦脫落模式幾乎沒有太大變化，僅旋渦形成長(zhǎng)度隨L/D 增大而略有下降，如圖8（b）～（d）所示。當(dāng)L/D=1.4 時(shí)，尼龍絲誘導(dǎo)產(chǎn)生的旋渦結(jié)構(gòu)改變了之前的旋渦脫落模式，尾流場(chǎng)中上下兩側(cè)剪切層的接觸點(diǎn)被推遲，剪切流被拉長(zhǎng)，旋渦脫落結(jié)構(gòu)變得穩(wěn)定，如圖8（e）所示。當(dāng)L/D=1.8 時(shí)，尼龍絲誘導(dǎo)產(chǎn)生的旋渦結(jié)構(gòu)和剪切層之間的相互作用壓縮了剪切層，抑制了旋渦脫落，如圖8（f）所示。上述結(jié)果表明，尼龍絲對(duì)增大尾流場(chǎng)的穩(wěn)定性具有顯著效果。

圖8 PIV 系統(tǒng)獲得的瞬時(shí)渦量結(jié)構(gòu)演變圖Fig.8 Instantaneous flow structures evolution measured by PIV measurement system

根據(jù)Chen 等[30]的研究，湍動(dòng)能（TKE）是一個(gè)與動(dòng)態(tài)風(fēng)荷載有關(guān)的流動(dòng)特征參數(shù)，可用于評(píng)估模型表面壓力脈動(dòng)特性和氣動(dòng)力幅值。圖9 顯示了無控和控制工況下的湍動(dòng)能和流線時(shí)均分布（圖中紅色數(shù)字為TKE 峰值）。可以發(fā)現(xiàn)，在無控工況下，圓柱上下兩側(cè)流動(dòng)分離，在圓柱背風(fēng)側(cè)尾流處形成了再循環(huán)區(qū)域，其中存在一對(duì)關(guān)于中心線對(duì)稱的旋渦，旋渦形成長(zhǎng)度約為x/D=1.6。這對(duì)旋渦是導(dǎo)致圓柱前后表面壓力分布不均勻的原因。隨著與圓柱背風(fēng)側(cè)表面距離增大，湍動(dòng)能的值先增大后減小。在控制工況下，隨著L/D 增大，再循環(huán)區(qū)的面積幾乎沒有改變，旋渦形成長(zhǎng)度都約為x/D=1.5；而湍動(dòng)能峰值先減小后增大，L/D=1.4 時(shí)，湍動(dòng)能峰值達(dá)到最小值，比無控工況下減小了約50%。上述結(jié)果表明，本文的仿生被動(dòng)控制方法可以有效減小尾流流場(chǎng)的湍流度。此外，當(dāng)L/D 為1.4 和1.8 時(shí)，尾流旋渦的不對(duì)稱性是由圓柱上下兩側(cè)尼龍絲變形不均勻所導(dǎo)致的，如圖10 所示。

圖9 無控和控制工況下的湍動(dòng)能分布和時(shí)均尾流場(chǎng)Fig.9 TKE distributions and time-averaged wake field about the baseline and controlled circular cylinder model

圖10 無控和控制工況下的尼龍絲變形Fig.10 The nylon wires' deformation of the baseline and controlled circular cylinder model

圖11 顯示了無控工況和控制工況下的雷諾剪切應(yīng)力（Reynolds Shear Stress,RSS）時(shí)均分布。雷諾剪切應(yīng)力被認(rèn)為是衡量流場(chǎng)中速度變化幅度的一個(gè)流場(chǎng)特征，可用于表示不同流速流層間的動(dòng)量交換程度。在無控工況下，雷諾剪切應(yīng)力呈明顯的4 峰值中心對(duì)稱結(jié)構(gòu)，雷諾剪切應(yīng)力峰值較大，且應(yīng)力變化梯度也較大。在控制工況下，隨著L/D 增大，4 個(gè)峰值先減小后增大，L/D=1.4 時(shí)，回流區(qū)的2 個(gè)應(yīng)力峰幾乎消失，這是由于尼龍絲誘導(dǎo)產(chǎn)生的旋渦結(jié)構(gòu)抑制了圓柱近壁面的速度波動(dòng)；遠(yuǎn)離圓柱壁面的2 個(gè)峰值均比無控工況下減小了約30%，表明本文的仿生被動(dòng)控制方法對(duì)抑制圓柱尾流區(qū)的動(dòng)量交換效應(yīng)具有明顯效果。

圖11 無控和控制工況下的圓柱尾流場(chǎng)的雷諾剪切應(yīng)力分布Fig.11 RSS concentrations in the wake field about the baseline and controlled circular cylinder model

圖12 展示了無控工況和控制工況下順流向雷諾正應(yīng)力（Reynolds Normal Stress,RNS）時(shí)均分布。在無控工況下，順流向雷諾正應(yīng)力呈明顯的“峰值對(duì)峰值”中心對(duì)稱結(jié)構(gòu)。在控制工況下，隨著L/D 增大，2 個(gè)峰值先減小后增大，L/D=1.4 時(shí)，峰值比無控工況下減小了約16%，雷諾正應(yīng)力“輪廓”則呈順流向“先壓縮后拉伸”變化，L/D 為1.4 和1.8 時(shí)的雷諾正應(yīng)力不對(duì)稱分布也是由圓柱上下兩側(cè)尼龍絲變形不均勻所導(dǎo)致的。

圖12 無控和控制工況下圓柱的順流向雷諾正應(yīng)力分布Fig.12 Pulsating velocity distributions in streamwise direction of the baseline and controlled circular cylinder model

3 結(jié) 論

本文采用壓力測(cè)量系統(tǒng)和PIV 系統(tǒng)對(duì)布置尼龍絲的圓柱氣動(dòng)力特征和繞流場(chǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)測(cè)量，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明L/D 對(duì)控制效果具有顯著影響。主要結(jié)論如下：

1）L/D 對(duì)表面壓力分布具有明顯影響。在高L/D 值時(shí)，脈動(dòng)升力和平均阻力均被明顯抑制，且圓柱的主導(dǎo)頻率與L/D 密切相關(guān)。

2）L/D 對(duì)被動(dòng)控制機(jī)理存在影響。低L/D 值下，尼龍絲對(duì)圓柱旋渦脫落模式幾乎沒有影響；高L/D 值下，尼龍絲誘導(dǎo)產(chǎn)生的旋渦與剪切層之間的相互作用阻礙了圓柱上下兩側(cè)剪切層之間的相互作用，從而抑制了傳統(tǒng)的卡門渦街旋渦脫落模式。

3）在高L/D 值下，尼龍絲抑制了雷諾應(yīng)力和湍動(dòng)能分布。此外，尾流中順流向脈動(dòng)速度峰值下降，在高L/D 值下其分布區(qū)域被壓縮。成對(duì)的旋渦結(jié)構(gòu)在尼龍絲附近產(chǎn)生，然后向圓柱尾流區(qū)移動(dòng)，在高L/D 值下，尼龍絲誘導(dǎo)產(chǎn)生的旋渦結(jié)構(gòu)延遲了圓柱上下兩側(cè)剪切層之間的接觸。來自圓柱的分離流和尼龍絲誘導(dǎo)產(chǎn)生的旋渦結(jié)構(gòu)對(duì)旋渦脫落產(chǎn)生了顯著的抑制。這些現(xiàn)象表明，尼龍絲有效增大了圓柱尾流的穩(wěn)定性，并抑制了作用于圓柱周圍的氣動(dòng)力。