横向扰动对超声速混合层被动标量混合影响分析

采用大涡模拟数值计算二维空间发展的超声速混合层,重点分析横向扰动对混合层的标量结构、标量厚度以及标量体积卷吸率的影响。采用理论模型验证了数值方法在计算标量混合特性方面的准确性。结果表明,横向扰动频率和振幅明显影响着混合层的标量增长率和卷吸率。高频扰动增大了混合层近场标量增长率和卷吸率,但是低频扰动改善了混合层远场标量增长率。大尺度涡卷吸过程对混合层标量卷吸率起决定作用。多频扰动有效地增强了超声速混合层的标量混合。     

不同隔板构型下的超声速混合层流场特性

利用实验和数值仿真相结合的方法,对Ma1=1.5,Ma2=2.5,T0,1=300K,T0,2=1200K,压力匹配(p1=p2=86KPa)条件下的超声速混合层在不同隔板构型下的流场特性进行了研究。实验中发现在隔板上开凹腔对于混合层具有一定的混合增强效果,且随着凹腔长深比的增加,这种效果越显著。对于尾缘交错分布的隔板,混合层流场显现出强烈的非定常性,且极大地增进了混合。通过相应的数值仿真,发现凹腔隔板的增混机制在于凹腔剪切层的再附着,而交错隔板则在于促进了大尺度流向涡的产生。     

超声速混合层发展情况的非线性时间序列分析

采用大涡模拟数值方法,模拟了具有工程应用背景的二维超声速湍流混合层,通过非线性时间序列分析伪相图、关联维数和Lyapunov指数,得到了混合层发展情况的混沌特性.结果表明,混合层中心线沿流向位置的压力伪相图可定性地表示混合层的稳定性,关联维数分布可定量描述混合层经历的线性失稳、非线性失稳和涡合并阶段等发展情况,最大Lyapunov指数分布作为关联维数分析结果的验证.对于相应的超声速混合层实验,采用非线性时间序列分析方法研究混合层发展情况具有通用性.     

二维超声速混合层的大涡模拟

对二维超声速混合层流动进行大涡模拟。采用五阶精度的WENO格式求解大尺度涡的控制方程,小尺度涡的作用采用Smagorinsky亚格子模型进行模拟。模拟结果再现了二维超声速混合层拟序结构,计算得到了涡组对、合并等现象。通过对流场不同位置压力振荡历程的频谱分析,对超声速混合层中的谐波变化规律作了初步探讨。计算得到的速度剖面的时均统计结果与实验结果相比,吻合程度较好。     

超声速湍流混合层中小激波结构的实验研究

在对流马赫数为1.24的超声速湍流混合层风洞中,以NPLS实验技术为基础观察到了小激波结构。分析了小激波结构产生时的混合层流场参数,给出了从实验图像中确定对流马赫数的方法,避免了理论分析不必要的假设。探讨了小激波结构产生、发展的一般规律。     

二维超声速空气引射器启动特性试验研究

超声速引射器是高空模拟试车台的重要组件,在发动机启动前利用引射器对试验舱预抽真空,可避免发动机启动初始时刻燃气漏入试验舱造成燃气在发动机中分离,对获取发动机在高空环境下的完整推力特性具有重要意义。而该工况下超声速引射器的启动过程是引射器工作过程中最为恶劣的工况,设计不合理的引射器会导致启动压力过高甚至不能实现启动。建立了缩比超声速空气引射器试验台对超声速引射器的启动特性进行研究,采用压力测量方法结合纹影技术对超声速引射器处于极限启动压比时的流场进行了描述,研究结果表明混合室收缩比越小,引射器极限启动压比越低。同时给出了定位超声速引射器不启动原因的判据:当引射器不启动是由引射总压不足引起时,盲腔压力在引射总压提高时降低,并在临界启动状态下达到最小值;而由混合室收缩比过小导致的引射器不启动在引射总压提高时盲腔压力单调上升。     

二维超声速空气引射器启动特性试验研究

（静）超声速引射器是高空模拟试车台的重要组件,在发动机启动前利用引射器对试验舱预抽真空可避免发动机启动初始时刻燃气漏入试验舱造成燃气在发动机中分离,对获取发动机在高空环境下的完整推力特性具有重要意义。而该工况下超声速引射器的启动过程是引射器工作过程中最为恶劣的工况,设计不合理的引射器会导致启动压力过高甚至不能实现启动。建立了缩比超声速空气引射器试验台对超声速引射器的启动特性进行研究,采用压力测量方法结合纹影技术对超声速引射器处于极限启动压比时的流场进行了描述,研究结果表明混合室收缩比越小,引射器极限启动压比越低。同时给出了定位超声速引射器不启动原因的判据：当引射器不启动是由引射总压不足引起时,盲腔压力在引射总压提高时降低,并在临界启动状态下达到最小值;而由混合室收缩比过小导致的引射器不启动在引射总压提高时盲腔压力单调上升。     

一种基于低扩散通量分裂方法的WENO格式研究

将低扩散通量分裂格式(LDFSS)和加权基本无振荡格式(WENO)相结合,构造出一种混合格式,其中WENO格式用于物理量重构,而LDFSS用于通量分裂。采用这种格式对Riemann问题、钝头体高超声速无粘绕流流场进行了计算,并对超声速平板湍流边界层进行了混合LES/RANS模拟,计算结果表明:相对于采用Lax-Fridrichs分裂的WENO格式来说,这种混合格式对于激波和接触间断的分辨率更高,并且在标量保正性方面更优,收敛性更好;而相对于采用带有Minmod限制器的MUSCL方法进行物理量高阶重构的LDFSS格式来说,这种混合格式在混合模拟的计算中能够更好地反映湍流流场的脉动特性,计算得到的湍流速度脉动量的统计值更加准确。     

等面积混合模型与等压混合模型的理论比较

利用一维定常流理论,建立了超声速引射器中从混合段到扩压器出口的冷气流混合模型。经过计算,得到了在不同的输入条件下,等面积混合模型和等压混合模型的恢复压力。比较结果,发现等压混合并不总是优于等面积混合,并得出了判断等面积混合与等压混合优劣的条件。在更改参考文献中的部分输入参数后,得出了同样的结论。     

二维超声速空气引射器启动特性试验研究

xxxx超声速引射器是高空模拟试车台的重要组件,在发动机启动前利用引射器对试验舱预抽真空可避免发动机启动初始时刻燃气漏入试验舱造成燃气在发动机中分离,对获取发动机在高空环境下的完整推力特性具有重要意义。而该工况下超声速引射器的启动过程是引射器工作过程中最为恶劣的工况,设计不合理的引射器会导致启动压力过高甚至不能实现启动。建立了缩比超声速空气引射器试验台对超声速引射器的启动特性进行研究,采用压力测量方法结合纹影技术对超声速引射器处于极限启动压比时的流场进行了描述,研究结果表明混合室收缩比越小,引射器极限启动压比越低。同时给出了定位超声速引射器不启动原因的判据：当引射器不启动是由引射总压不足引起时,盲腔压力在引射总压提高时降低,并在临界启动状态下达到最小值;而由混合室收缩比过小导致的引射器不启动在引射总压提高时盲腔压力单调上升。     

凹腔上游横向喷流混合过程的实验研究

利用基于纳米粒子的平面激光散射(NPLS)技术研究了超燃冲压模型发动机中凹腔上游横向喷注乙烯燃料时凹腔附近的流场,主要研究了燃料射流与主流的混合过程;对比了在不同喷注压力下燃料射流穿透度的变化;研究了不同凹腔参数对燃料与主流混合过程的影响。通过研究发现,喷注压力对燃料射流与主流混合效果的影响主要体现在两个方面,射流的穿透度和射流的扩散;对燃料射流来说,与主流混合的主要阶段为大涡的形成直至破碎阶段;在喷注总压相同下,喷注位置靠近凹腔有利于燃料射流与主流的混合和向凹腔内的输运;凹腔构型对燃料射流的影响主要在于大尺度结构开始发展破碎的阶段。     

火箭出口面积对RBCC发动机引射模态影响规律分析

火箭基组合循环发动机引射模态飞行状态复杂,为了提高发动机的整体性能,研究了火箭出口面积对发动机引射模态的影响规律。通过数值模拟研究,引射流量在低飞行马赫数条件下,主要受引射性能影响,火箭出口面积越大,引射性能越好。然而,随着飞行马赫数的提升,引射空气的动能提升,隔离段内出现壅塞情况,引射流量主要受限于隔离段几何尺寸,与火箭出口面积无关。在亚声速工况下,火箭出口面积越小,发动机比冲越低,且出口无量纲面积为3.15时,火箭羽流膨胀撞壁,会引起性能骤减,需要予以避免;在超声速工况下,选择面积较小的火箭出口面积,燃烧室内压越高,发动机性能提升越明显。     

液体火箭发动机气液同轴式喷嘴混合特性实验研究

本文通过实验研究了液体火箭发动机气液同轴离心式喷嘴的混合特性。利用两相探针技术,测量了喷嘴下游喷雾流场中气液流强和混合比分布,考察了喷嘴缩进比和气液喷注压降等参数对混合特性的影响。结果表明,气液同轴离心式喷嘴的缩进比对喷嘴混合特性有较大影响,增大缩进比将导致更窄的气液流强分布和更均匀的混合,而改变气液喷注压降将导致不同的流强和混合比分布规律。     

BOS技术在流动测量中的应用

背景纹影技术是新近提出的一种流动显示技术。与纹影、干涉等传统流动显示方法相比,BOS技术不仅具有高时空分辨率,同时还可以对流场密度梯度场进行定量测量。根据BOS技术的原理,搭建了一套BOS系统,采用该系统测量了蜡烛火焰上方的热对流流场,得到了热对流流场的瞬态流动结构,验证了BOS系统的性能。在此基础上,采用BOS系统对超声速混合层进行了实验研究,得到了超声速混合层的精细空间结构和密度梯度场的定量分布,实验结果充分体现出BOS技术在流动测量中的巨大优势。     

航空发动机在超声速引射系统中的应用分析

航空发动机可以对空气增压,并且增加气流温度,理论上存在应用于超声速引射系统的可能。分析了气源对引射器性能的影响以及引气对航空发动机的影响,介绍了3种航空发动机在超声速引射系统中可能的布局方案。针对某领域内的排气参数要求,分别对3种布局方案进行了计算分析。计算结果表明,当上游气体压强为0.044×10⁵ Pa和0.029 3×10⁵ Pa时,通过合理选择发动机的布局以及工作参数,发动机可以直接将上游气体排出或者作为驱动气源应用于超声速引射系统。     

超声速扩压器中激波串结构的数值模拟

通过求解由BL湍流模型封闭的二维、轴对称及三维雷诺平均N S方程 ,数值模拟了等截面超声速扩压器中由激波 /附面层干扰诱导的复杂流场 ,比较了二维直管、圆截面直管及三维矩形截面直管中的流场特性、激波串长度及压强恢复程度。在来流马赫数为 3 0的二维直管计算中 ,采用四步Runge Kutta显式方法数值仿真了激波串自激振荡过程 ,并与实验结果作了对比分析     

12V150ZL增压发动机燃烧放热规律的研究

本文运用对实测放热速率曲线拟合得到的双韦别函数放热速率表达式,结合工作过程的数值模拟计算,研究12V150ZL增压发动机在标定工况燃油量时的燃烧放热速率的变化规律,预测燃烧过程对发动机性能指标的影响.为评价和完善12V150ZL增压发动机的燃烧过程提供理论依据.