欠膨胀超声速射流不稳定性机理的数值研究

应用NND有限差分格式求解轴对称可压缩N-S方程,研究了不同驻室与环境压力比条件下欠膨胀超声速射流近场的失稳特性.计算结果表明欠膨胀超声速射流的失稳机制根据射流激波结构的特征可分为3种失稳模式:具有规则反射激波结构和单一剪切层特征的射流不稳定性;带有马赫反射激波结构和双剪切层特征的射流不稳定性;具有弯曲马赫杆和高度欠膨胀射流的不稳定性.对于欠膨胀超声速射流,沿射流方向重复出现拟周期性的射流激波结构是射流稳定发展的特征,这种射流激波结构的消失是射流开始失稳的标志.     

水下欠膨胀高速气体射流的实验研究

采用实验途径研究了下水高速气体射流的动力学特性,研制了水下高速气体射流实验系统并发展了相应的测试手段。实验中,用插入式静压探针测量了射流轴线静压分布;用γ射线衰减法测量了径向空隙率分布,从而揭示了水下高速气体射流均压和掺混两个过程的基本规律。测量结果表明：水下高速气体射流在欠膨胀工况下运行时,近场将出现含有复杂波系结构的膨胀压缩区域,由于气水的掺混作用,水下欠膨胀气体射流均压化过程比空气中衰减得快。测量结果还表明,水下射流在近场区的混合层由气水两相占据,其流态从靠近气体侧的液滴流型过渡到靠近液体侧的气泡流型。     

一种三阶有限体积法及其在欠膨胀射流激波结构数值模拟中的应用

以喷管出口欠膨胀射流为研究对象,在Lagrange坐标系下建立欠膨胀射流二维积分形式的流动方程。通过在单元交接面处进行三阶ENO(essentially nonoscillatory)格式插值,构造得到一种适用于求解该方程的三阶ENO有限体积法。采用该格式对一维Sod激波管算例和喷管出口欠膨胀射流进行数值计算。计算结果表明,该方法具有高精度、基本无振荡的特点,能很好地捕捉包含激波、滑移线以及三波交点等复杂流场波系结构。计算得到的波系结构中马赫盘的位置与实验结果吻合很好,相对误差小于1.1%。     

高速液体受限射流扩展形态研究

采用一种火药燃烧驱动液体喷射的新装置及其测试系统，研究受限空间中高速惰性液体射流的扩展结构。观察了环境反压、液体粘性、喷嘴结构等参量对射流扩展形态的影响，分析了射流雾化机理。研究结果对改进燃烧室设计及控制燃烧稳定性有一定的指导意义。     

近空间飞行器的气动复合控制原理及研究进展

简单回顾与讨论了在飞行器穿越大气层时,使用气动复合控制方案的必要性与可能性.其中最复杂情况为发动机喷流推力与舵面空气动力共同使用所形成的复合控制.喷流与外流相撞引起的强干扰形成了十分复杂的干扰流场,文中介绍了复杂流动形成的原因、流场结构的特点以及干扰引起的流场改变影响了飞行器性能的预估.基于3种研究途径:理论建模与数值模拟技术、地面试验模拟技术、飞行试验技术的研究,以及它们的发展及互相验证, 用来预估飞行器的性能.为了保证地面模拟与真实飞行之间存在相似关系, 研究相似准则的作用,及分析目前的模拟能力, 涉及到许多空气动力学界至今尚未解决的难题,为了解决这些困难对今后的研究及应用提出了多方面的需求.      

高速气流中横向液体射流雾化研究进展

在涡轮燃烧室和以液态碳氢燃料为工质的超燃冲压发动机中,高速气流中横向液体射流雾化是一个重要而复杂的过程.雾化过程进行的好坏直接关系到燃料的掺混和燃烧,进而影响发动机的性能. 针对高速气流中横向射流雾化的特点,对现阶段的实验和数值模拟研究进展进行了综述.实验方面结合国内外现状,阐明了一次、二次雾化的机理和雾化过程中的波现象,对穿透深度的确定方法及其影响因素进行了概括总结,分析了气液混合区的结构性质, 并列举和分析了常用的测量手段.数值模型研究介绍了现阶段的一次雾化和二次雾化常用的计算模型.最后提出了存在的问题和未来的研究方向.      

液腔体中气体射流冲击压力的实验测量

对充液腔体中气体射流的冲击效应进行了实验研究. 测量结果表明了冲击压力的瞬态最 大值、稳态平均值和脉动值随喷管进口压比的增加而增加，冲击区是主要的噪声源和动态压 力承载部位. 通过充气与充水两种状态的对比实验，还揭示了腔体充水时气体射流冲击压力 出现一个上冲阶段，其瞬态最大值比充气值有显著的增加.     

非定常空泡闭合区域最大压力的理论研究

当物体在流体中高速运动产生空泡时,空泡通常以回射流的形式闭合在物体表面上,并在闭合位置对物体表面产生流体超压. 在物体表面上的空泡闭合位置一般不是固定的,其位置根据物体运动速度的变化、空泡压力的变化及重力场中的位置等因素而在物体表面发 生快速移动,在非对称情况下,这种移动超压会极大影响运动物体的稳定性. 基于势流理论研究了重力场中非定常垂直空泡闭合区域中最大压力的存在位置,推导了最大压力的理论公式,揭示了最大压力与空泡发 展速度之间的关系,证明了最大压力点的两个特殊流体性质. 最后设计了测量空泡闭合区域最大压力的验证性试验,并将理论计算结果与试 验测量结果进行了对比,验证了理论研究结果.     

电场作用下无黏聚焦射流的时间不稳定性研究

基于电场作用下的流动聚焦实验建立了简化的理论模型,开展了带电同轴液气射流的时间不稳定性分析.在无黏假设下,得到了扰动在时间域内发展演化的解析形式的色散关系,分析了主要控制参数对不稳定模态的影响.结果表明,只有轴对称扰动和第一类非轴对称扰动在时间域内是增长的;液气界面的表面张力对轴对称扰动有着双重影响而对非轴对称扰动起抑制作用;外层气体的流速以及密度的增加均能促进射流的失稳.这些结论与实验结果是定性一致的.结果也表明,在不考虑初始界面电荷密度时,单一的轴向电场能抑制射流的失稳.      

侧风风场特征对高速列车交会的影响研究

为了准确预测侧风环境下列车交会时的气动性能,考虑均匀风和大气底层速度边界型侧风,通过计算流体力学方法对比研究高速列车交会压力波特性和气动力特性. 结果表明,两种风场下交会压力波有所不同,但幅值差异不明显;采用均匀风场评估列车侧风环境下交会会高估列车所受气动力. 本文对高速列车行驶安全性评估和复杂运行场景的复杂流场的认识具有参考价值.     

高压环境条件下注浆模型试验系统设计

注浆工程常常在高地层压力、高水压力的地质环境条件下进行(如煤矿堵水或注浆加固工程)。为了研究高压环境条件下注浆浆液的渗流扩散特征,作者研制了可形成5MPa以上高压环境的注浆试验系统。该试验系统由四个功能模块组成,并可分为四个设备子系统。该试验系统的核心设备高压注浆模型试验装置中应用压力传导管解决了高压罐体内部监测设计所遇到的尺寸效应、传感器防腐、高压密封等难题。     

LIF喷流混合流浓度场定量测量

本文介绍激光诱导荧光(LIF)的瞬时浓度场定量测量技术,采用了CCD图象采集处理系统和低浓度简化校正技术等,讨论了喷流混合流浓度场测量的初步结果。