棱纹面与洛仑兹力对湍流边界层特性影响的比较

用氢气泡技术对棱纹面平板以及施加行波式洛仑兹力的平板水边界层开展流动显示实验研究,探讨棱纹面与行波式洛仑兹力影响湍流边界层相干结构的作用机理.实验结果表明,棱纹面与洛仑兹力促进了边界层由层流向湍流的转捩;而对于湍流边界层,在一定的无量纲参数范围内棱纹面与行波式洛仑兹力都能实现边界层的局部减阻,相应地湍流边界层粘性底层低速条带平均间距有所增加.     

管道热边界层理论的研究

研究了高粘性液体管道流动的热边界层理论。利用圆柱坐标粘性流运动基本微分方程,提出了管道热边界层方程,推导出边界层中的温度分布以及层流和紊流时热边界层厚度的常微分方程和解析解计算表达式,并通过Matlab编程实例,给出了热边界层厚度解析解与数值解的比较。计算结果表明:1)粘性的影响将使得热边界层的发展加快,随着粘性和流量的增大,其影响将更加显著;2)紊流时热边界层的发展比层流时要慢。     

管道热边界层减阻理论的应用研究

全面研究了高粘性液体管道流动的热边界层减阻理论的应用。利用管道热边界层理论中关于边界层的温度分布及层流、紊流时热边界层厚度的计算表达式,推证了管壁热流量及定性温度的计算表达式,利用指数型的粘温特性方程,采用积分方法推出了管道热边界层流动中层流和紊流摩擦水头损失的计算公式,并给出了设计应用实例。计算结果表明,对于高粘液体短管输送,其流动一般均为边界层入口段,热边界层减阻的最佳范围大致是管长L≤5km,管径D≤200mm。     

不同形状粗糙元在诱导超声速边界层转捩中的应用

为了研究不同形状粗糙元诱导边界层转捩机理的差异,采用五阶精度加权紧致非线性格式数值模拟了Ma=4. 20条件下方柱形、圆柱形、钻石形和半球形粗糙元引起的超声速平板边界层转捩问题。结果表明:方柱形粗糙元产生的分离区长度较大,分离区中存在较强的非定常扰动并产生绝对不稳定机制使边界层很早就发生转捩;钻石形粗糙元分离区的展向宽度较宽,导致分离区中的涡结构向下游发展时形成的湍流尾迹区较宽;而圆柱形和半球形粗糙元诱导边界层转捩的能力相对较弱。     

管流速度边界层解析

采用动量积分方法推出了管道流动中的速度边界层方程,给出了管道层流和紊流时速度边界层和核心区中的速度分布、边界层厚度的解析结果,并与冯·卡门动量积分方程推出的结果进行了比较.得到了管道层流和紊流时速度边界层入口段长度的表达式,表明比现有教材中所给出的公式数值要小.证明了管流中速度边界层的发展要远远快于热边界层.因此在研究管道热边界层流动时假设速度边界层已充分发展是合理的.     

液体火箭发动机碳/碳复合材料喷管烧蚀分析

对液体火箭发动机碳／碳复合材料喷管的烧蚀过程进行研究。理论模型包括固相和气相守恒方程。气相湍流反应边界层流动应用质量加权平均控制方程分析，喷管壁温分布由非稳态传热方程进行数值计算获得。分析了推进剂混合比、液膜冷却量、燃烧室压力、壁面材料的密度对烧蚀速率的影响。     

收缩管道装置层流热边界层理论及应用研究

研究了收缩管道装置层流热边界层理论及其应用。对于速度边界层提出了相似性解的解析结果,给出了速度分布、边界层厚度、摩擦阻力和水头损失的解析计算表达式。对于温度边界层利用管道热边界层方程,推出了温度分布、温度边界层厚度和热流量的计算关系式,并给出了设计应用实例。     

激波/湍流边界层干扰中的自适应控制技术

从激波/湍流边界层干扰机理以及流动控制的迫切需求入手,从自适应涡流发生器、自适应鼓包、自适应微射流以及自适应次流循环四个方面对激波/湍流边界层干扰中的自适应控制技术研究进展进行了总结。分析认为,结合AI技术发展自适应流动控制技术,加速控制方式智能化,可作为新一代高超声速飞行器宽速域飞行的重要技术手段。具体来说,就是通过调节外加激励对高超声速飞行器不同区域实现局部流动加/减速、气动热防护、气动控制等功能,根据流场参数建立控制反馈回路,自适应调整局部流场结构,以满足工程实际需求。     

利用加热减小水下航行器阻力的研究

如何减小表面摩擦阻力来增大航速一直是人们关心的问题,利用推进系统排放的废热加热航行器壳体的层流区可以大大减小水下航行器的阻力。本文计算了加热某型鱼雷的阻力变化,分析了阻力变化对航速和能耗的影响。对某型鱼雷,动力系统热效率为35%,在航速为26米/秒,阻力可减小42.3%,在保持相同能耗情况下,加热后的航速可增加20.1%;如果保持航速为26米/秒不变,加热后的鱼雷能耗可减小42.3%。     

高超声速飞行器中若干气动难题的实验研究

回顾了近几年本研究团队在高超声速飞行器若干气动难题方面的实验研究进展。在边界层转捩方面,测量了边界层转捩现象,研究了攻角效应对圆锥边界层转捩的影响,获得了边界层转捩的脉动特性以其对飞行器表面热流和摩阻的影响。在激波-边界层干扰方面,分析了突起物形状变化对流动特性的影响,研究了复杂外形的流动特性。     

雷诺数对沟槽减阻特性影响的数值分析

采用雷诺平均N-S方程和RNGk-ε湍流模型计算V型沟槽面的湍流边界层流动和黏性阻力,通过改变来流速度大小和沟槽面布置位置,研究了雷诺数对沟槽减阻特性的影响规律。计算结果表明,来流速度对沟槽减阻率的影响很大,对于一种尺度的V型沟槽,存在着一个具有较好减阻效果的来流速度范围,最大减阻率可达8.6%;沟槽面在沿来流方向上的布置位置对其减阻效果的影响则非常小。     

凹槽构型对平板气层减阻影响试验分析

通过平板凹槽喷气减阻模型试验,研究了航速和气流量等因素对平板气层减阻规律的影响,并利用水下摄像系统对不同凹槽构型内的气层形态进行了观测。试验结果表明:不喷气时凹槽的存在会使平板的阻力增加;喷气可以有效减小平板阻力,存在饱和气流量;饱和气流量随着槽深的增加而减小,饱和气流量下平板的绝对减阻率随航速的增加而降低;设置凹槽构型是保持平板下表面气层稳定性的有效措施,合适的凹槽构型可以明显改善平板底部喷气流场,提高平板喷气减阻效果;在Fr为0.119时,饱和气流量下平板的绝对减阻率可以达到40%以上。     

两道同侧扫掠激波作用下形成的三维平板边界层

为探索一种减弱扫掠激波/边界层干扰强度的侧压方式,采用数值计算方法研究两道同侧扫掠激波作用下形成的三维平板边界层。对三维边界层的流动机理进行研究,并与相同气流偏转角的一道扫掠激波作用下形成的三维边界层进行定量比较。研究表明,存在两道同侧扫掠激波时,第一道扫掠激波使侧壁附近边界层变薄,进而使第二道扫掠激波与再附形成的边界层的相互作用减弱,从而总的效果是两道扫掠激波与边界层的相互作用强度比一道扫掠激波的弱;两道扫掠激波的气流总偏转角与一道扫掠激波的相同,相交后汇聚成的激波强度与一道扫掠激波的基本相同,之前被两道扫掠激波"扫"起来的边界层在汇聚激波作用下还呈现锥形流动,分离线和来流的夹角也与一道扫掠激波的基本相同。     

化学氧碘激光器光腔边界层的被动控制方法实验

针对化学氧碘激光器(Chemical Oxygen-Iodine Laser, COIL)光腔内边界层的被动控制方法,设计了三种实验件。光腔的上下壁板是可拆卸的,可以更换不同的实验件,以此比较边界层的控制效果。实验结果表明:开槽板、主流引射缝和开孔板在对光腔边界层的控制上都取得了一定的效果,改善了光腔特别是光腔后半部分的压力分布。在一定范围内,增加边界层的抽气量,可以进一步减小边界层厚度,降低光腔压力,同时提高COIL出光功率,但是当抽气量过大时,反而会降低出光功率。三种实验件中,主流引射的方式对抽气量最敏感,当抽气量增加至5%时,COIL出光功率已经明显下降;开孔板对抽气量不太敏感,抽气量从1%增加至7%,对COIL出光功率的影响并不明显。     

气动剥离液滴的附面层分析方法

本文根据附面层理论,对高速气流中的液滴,因气流和液滴表面相互作用而产生的气动剥离现象进行了分析,建立了气液两相附面层耦合问题的理论分析模型,得到了发生气动剥离时的最小气流速度的计算公式,为液体燃料在高速气流申雾化机理研究提供参考。     

低速凤洞均匀抽吸地板系统

在KD－03低速风洞中研制了一种附面层可人为地控制的均匀抽吸地板系统。在不同来流速度和不同抽吸系数条件下，对均匀抽吸地板上附面层速度分布进行了实验研究。实验结果与理论计算结果一致。在该地板上的高速列车模型风洞实验的结果与国外同类模型在移动带地板上的实验结果一致。利用均匀抽吸地板可有效地消除阻面层的影响，从而提高模型风洞实验气动力的试验精度。