中文摘要：

钝体尾流及其气动力的控制是流动控制领域的研究热点，但当前的相关研究工作主要集中于二维钝体，所得到的研究成果能否直接运用于工程中常见的三维钝体仍存疑问。本研究拟针对超高层建筑等具有自由顶端的有限长正方形截面钝体，发展一种运用零质量射流控制其尾流与气动力的方法。本研究将通过风洞实验的方法，综合运用热线风速仪、压力扫描仪、高频风洞天平、高速摄影系统等多种流体力学测试设备，深入研究钝体表面剪切流在零质量射流作用下的发展与演化，及其对钝体尾流的影响规律，并在此基础上揭示该方法的控制机理。在开环主动控制条件下，系统的研究零质量射流所布置的位置、角度以及其他各控制参数对钝体气动力控制效果的影响规律。研究该控制方法在湍流大气边界层条件下的效果，以及控制参数的优化方案。本研究将为三维钝体尾流控制理论提供重要的基础数据，并为发展工程中可运用的三维钝体尾流与气动力的控制方法提供理论依据。

结论摘要：

本项目通过风洞实验与数值模拟的方法对不同高宽比的方形、圆形等典型截面超高层建筑简化模型的尾流与气动力特性开展了系统的研究，并通过在方形柱体不同位置施加局部吹、吸气对其尾流与气动力的控制效果进行了研究。风洞实验结果发现，悬臂圆形截面柱体雷诺数效应在均匀流与湍流边界层中有明显的差异。对于处于均匀流中的长径比为3、5和7的圆柱体，越接近自由端流动进入临界区所对应的临界雷诺数越小，而在湍流边界层中这一现象会消失。在均匀流中，风洞实验与大涡模拟结果均发现方形柱体气动力与尾流存在双稳态现象。当展向涡类似于卡门涡街交替脱落时，柱体升力出现大幅周期性波动，且对应的阻力也相对较大；而当展向涡对称脱落时，柱体升力无明显周期性波动，且对应阻力较小。而当方柱处于湍流边界层中，上述双稳态现象基本消失，展向涡主要以卡门涡街形式出现，此时柱体脉动升力与阻力均远大于均匀流中的对应值，即湍流边界层有消除对称展向涡的趋势。本项目还通过风洞实验系统的研究了圆形、方形等典型截面有限长柱体的气动力与风压分布随高宽比、雷诺数、表面粗糙度（圆柱）的变化规律。基于上述研究结果，通过风洞实验系统的研究了在柱体不同位置施加狭缝吹、吸气主动控制方法对柱体气动力与尾流的影响规律。柱体顶部的吸气会加强柱体下游的下扫流，同时平均阻力与脉动升力最多可分别减小约5.4%和37.8%，且发现气动力的抑制效果随吸气流量系数的增大而增大，但吸气流量达到一定值后，气动力基本不再变化。类似的，柱体两侧的吸气也能明显减小柱体阻力约30.6%。柱体背风侧中部的狭缝吹、吸气对柱体气动力影响相反。类似于二维方柱，背部的吹气可显著降低阻力、抑制脉动升力；而背部吸气则效果相反。通过风洞实验发现，顶部与两侧吸气控制中，均存在吸气流量最优值，而背部吹气控制下则吹气量越大控制效果约好。本项目主要采用风洞实验的方法，系统的研究了有限长主体尾流与气动力特性，并尝试了在均匀来流条件下柱体不同位置施加局部吹、吸气的主动控制方法，已基本完成了项目计划书中的研究内容。由于风洞实验工作较为复杂，部分实验与数据处理工作仍在进行当中，未来1-2年内仍会有取得进一步的成果。目前，本项目相关成果已发表论文22篇，其中SCI论文2篇，Ei论文7篇，国际会议论文7篇；授权实用新型专利2项，申请发明专利2项；完成硕士研究生论文3篇。