微型激波管内部激波特性的数值模拟

为了研究微型激波管内部的不稳定流动和激波运动特性,采用数值模拟的方法对微型激波管内部流动进行分析。对比分析不同隔膜压力比(高压腔与低压腔的初始压力之比)和激波管直径对微型激波管内激波、交接面以及流体运动特性的影响,并与实验数据进行比较。结果表明:随着隔膜压力比的增大,激波和交接面的运动速度逐渐增大;激波在微型激波管内运动时,其强度逐渐减弱;在低压被驱动腔内压强较低时,观察到厚度较大的边界层,这说明低压影响对微型激波管内的激波和流体运动会产生一定的能量损失;激波前后的压力梯度随着激波运动逐渐减小;交接面在微型激波管内运动时,运动速度逐渐增大;参数S值可以反映微型激波管内的低压和小尺寸影响。     

用PLM格式进行喷管内瞬态激波的数值模拟

在喷管流动问题的数值模拟中,激波的捕获一直是一个研究的重要方面.本文应用二阶精度Godunov型的PLM格式来求解Euler方程,采用非结构化网格,对喷管内瞬态激波的运动及发展进行了研究,并分析激波运动、反射、衍射及相互作用的规律.计算结果表明,PLM法可以用于非结构网格的喷管流场计算中,所得到的数值解较好地反映了瞬态激波结构的有关特征和信息.     

应用改进虚拟流方法计算多介质可压缩流动

原始的虚拟流(GFM)方法在处理强激波与物质界面作用时遇到了困难,计算结果不准确.本文采用改进虚拟流方法(MGFM)对多介质可压缩流体进行了数值模拟,采用二阶TVD-WAF格式结合HLLC求解器求解Euler方程得到流场参数分布,应用五阶WENO求解level set方程捕捉物质界面.在此基础上分别计算了一维和二维数值算例.结果表明,该方法在能精确捕捉到物质界面的同时可以计算较强激波情况下的流场,并且可以捕获激波、物质界面和各类间断的相互作用.     

弱激波在气液界面上反射特性的实验

本文介绍了在激波管中进行弱运动激波在气液界面上反射的实验。分析了激波在刚壁管和弱壁管中的反射性质,比较了不同液体介质对反射性质的影响。特别是,激波在柔壁管中血液界面上反射的实验为今后进一步研究激波在生物体内传播打下了基础。     

超高速弹丸膛口流场结构分析

为了计算和分析超高速弹丸膛口流场的分布状况,建立了超高速弹丸从膛底飞离出炮口整个过程的膛口流场二维轴对称数值仿真模型.基于有限体积法,采用分块网格划分的整体运动处理方法,结合结构动网格技术及Realizable k-ε湍流模型,耦合内弹道及后效期过程,利用六自由度运动方程控制弹丸运动,以300 mm平衡炮为例,研究了1 730 m/s发射速度下的超高速膛口流场特性.计算结果表明:超高速运动的弹丸在距膛口3.3 m远处便形成了清晰的初始流场,弹前激波到达炮口处压力达到了3.8 MPa左右.喷射出的火药燃气速度达到2 500 m/s,但火药燃气仍未能追赶并包围弹丸,因此膛口流场对超高速弹丸运动的影响不同于对中低速弹丸运动的影响;膛口形成了由冠状冲击波、弹底激波、反射激波、马赫盘构成的多层次激波、间断面相互叠加的完整波系,该发射条件下的膛口流场异常强烈,波系结构更加明显.     

激波诱导油液柱变形、破碎及其雾化过程研究

为进一步了解柴油爆炸抛撒云雾形成过程以及爆炸性能,开展了激波作用-10#柴油液柱实验.采用阴影成像技术记录油柱的变形、破碎行为和雾化过程,建立了油柱变形与破碎模型,并根据无量纲参数公式计算了油柱破碎模式,分析了激波作用后油柱变形和破碎雾化的特征.结果表明:激波遇到油柱会发生绕射现象,激波诱导的高速气流将继续作用油柱,油柱继而发生弓箭形变形并最终导致其破碎、雾化.柴油柱在153μs时完成变形发生爆炸破碎,形成大量雾滴颗粒.雾滴在气动力、空气阻力等作用下继续运动形成云雾团,激波波速越大,油柱破碎越剧烈,雾化粒径也越小.     

高速气固两相流输运技术实验研究

利用激波管产生的高速气流夹带固体颗粒,用高速摄影仪对颗粒在启动阶段、管内运动阶段和管外运动阶段进行图像捕捉,用图像处理软件Blaster's MAS对图像进行处理和分析,得到颗粒在各运动阶段的速度和加速度.改变气体种类、膜片厚度、颗粒大小和密度以及颗粒载荷量,进行不同工况的拍摄和分析,对这些定量结果比较,了解了颗粒群在超音速气流夹带下的运动规律以及气动参数对激波夹带颗粒效果的影响规律,并为今后的进一步研究和工程实际应用提供了参考.     

修正的 CCW 方法及其应用

本文在前人的基础上，对修正的ＣＣＷ方法给出了简明的数值计算格式，摒弃了Ｗｈｉｔｈａｍ的ＣＣＷ方法中引入的激波强度概念，直接由面积变化函数计算出激波强度来。成功地计算了激波的运动，再现了激波动力学理论预言的现象。解决了未加修正的ＣＣＷ方法所不易解决的问题。     

修正的CCW方法及其应用

本文在前人的基础上其它对修正的ＣＣＷ方法给出了简明的数值计算格式，摒弃了Ｗｈｉｔｈａｍ的ＣＣＷ方法中引入的激波强度概念，直接由面积变化函数计算出激波强度来，成功地计算了激波的运动，再现了激波动力学理论预言的现象，解决了未加修正的ＣＣＷ方法所不晚解决的问题。     

热声发动机驱动的脉管制冷机模拟及实验研究

基于回热器计算软件REGEN3.2,通过数值模拟分别研究了热声发动机的频率、输出压比、充气压力以及脉管制冷机的回热器长度对热声驱动的脉管制冷机制冷性能的影响,并预测了该台脉管制冷机的最低制冷温度为45K.实验研究了不同工质、热声发动机输出压比、声功输出装置以及脉管制冷机回热器长度对脉管制冷机性能的影响.实验结果表明,热声驱动的脉管制冷机的优化方向为提高热声发动机的输出压比、降低频率以及适当提高充气压力,这与数值模拟结果吻合较好.实验采用氮气-氦气双工质并以亥姆霍兹共鸣器作为声功输出装置和声压放大器,行波型热声发动机驱动的单级斯特林型脉管制冷机获得了65K的最低制冷温度.     

高频电流传感器的传递特性

用自制的高频电流传感器的３种典型电流波：阶跃波、冲激波、正弦稳态波作用时的输出响应进行了理论分析和实际测试，理论与实测结果表明，对阶跃波和冲激波。传感器的输出为衰减振荡波，对正弦稳态波，当输入正弦波频率与传感器自振频率相等时，传感器的输出最大，高频电流传感器作为检测阻抗，可用于变压器局部放电的在线监测。     

高频电流传感器的传递特性

用自制的高频电流传感器对３种典型电流波：阶跃波、冲激波、正弦稳态波作用时的输出响应进行了理论分析和实际测试．理论与实测结果表明，对阶跃波和冲激波，传感器的输出为衰减振荡波；对正弦稳态波，当输入正弦波频率与传感器自振频率相等时，传感器的输出最大．高频电流传感器作为检测阻抗，可用于变压器局部放电的在线监测     

强激波在含尘两相流中的传播

本文基于相似理论导出了强激波在气体一固体颗粒混合流中传播的基本方程组,此方程组的特殊形式,在相应的边界条件下,容易用以计算气体的初始密度、反压和介质初始运动对激波传播的效应和两相流激波后的流动参数。例如,对于有反压的情况,算出了一级近似的结果,显示出激波传播速度因有反压存在而增大。     

激波在平板上诱导的旋涡强度的测量

运动激波通过两个等攻角平板后诱导出两个同向旋转的旋涡,这两个旋涡在随气流向下游运动的同时,绕涡核连线中点旋转。本文通过测量转动角速度,获得了旋涡的强度。实验结果表明,由此测得的旋涡强度不同于用小攻角平板起动涡公式计算的起动涡强度。     

几何激波动力学在激波绕射反射和聚焦中的应用

本文考虑激波面的运动而不计其波后流场的影响，利用Ｗｈｉｔｈａｍ的几何激波动力学理论，建立了一个简单的在时间上为二阶精度的显式二步蛙跳数值计算格式，计算了激波的绕射、反射和聚焦问题。计算结果表明，该方法简便易行，而且被面形状在计算中自动产生。     

几何激波动力学在激波绕射反射和聚焦中的应用

本文考虑激波面的运动而不计其波后流场的影响，利用Ｗｈｉｔｈａｍ的几何激波动力学理论，建立了一个简单的在时间上为二阶精度度的显式二步蛙跳数值计算格式，计算了激波的绕射、反射和聚焦问题。计算结果表明，该方法简便易行，而且波面形状在计算中自动产生。     

激波诱导火焰变形的数值模拟

在充满氢气空气混合气体的激波管中,对激波诱导火焰变形失稳的过程进行数值模拟.根据计算结果讨论流场中激波结构与火焰形状的变化情况,同时给出激波诱导火焰燃烧转爆轰的形式和发展过程.结果显示:激波与火焰作用过程中存在λ结构和二次激波诱导区域的形成,入射激波马赫数为2.3时形成爆轰.     

热电发电器件的输出功率和效率的解析模型

建立了热电发电器件工作的一维模型,应用热力学理论分析了发电器件的输出功率和效率,并重点讨论了元器件热导及热端板、冷端板与元器件间的接触层热导对输出功率和效率的影响.结果表明,热电发电器件的输出功率和效率随热端接触层热导和冷端接触层热导的增加而增加,但增加的幅度越来越小;随元器件热导的减小而增加,且增加的幅度越来越大.所得结论对发电器的设计具有重要的指导意义.     

变负载法研究热声发动机的声功输出特性

为提高热声发动机的驱动能力并为有效负载的设计提供参考，对一台行波热声发动机的声功输出特性进行了研究.应用变负载法，对该热声发动机的声功输出进行了精确测量.分析得到声功输出与热声发动机压比、加热功率和加热温度之间的相互影响关系.通过改变阀门开度和气库容积大小，分析了负载的阻力和空体积对声功输出和系统热效率的影响.结果表明，在输入功率为2.3 kW，充气压力为2.6 MPa，工作频率为51 Hz时，该热声发动机获得了122 W的最大声功输出.为设计与热声发动机系统具有良好匹配的热声制冷机及其他有效负载奠定了基础.     

六自由度并联机器人输出解耦控制

六自由度并联机器人是一个非线性多输入多输出系统,各自由度运动输出之间存在耦合.利用反馈线性化和PD控制,仅实现了平移运动间的解耦,而旋转运动之间仍然存在耦合作用.为实现并联机器人运动输出间的完全解耦,在反馈线性化控制的基础上,设计了一种新的解耦控制器,利用该控制器可以进一步实现并联机器人的旋转输出解耦,同时,给出了控制器解耦性能的仿真验证.