进出口条件对二元亚音速扩压器的流动和性能的影响

一、前言 亚音速扩压器在飞机进气道,发动机压气机,燃烧室等流动装置中都是很重要的组成部分。影响扩压器内流动和性能的主要是它的几何参数和进出口条件。当几何参数一定,则进出口条件,特别是进口条件,就成为影响扩压器性能的主要参数。本试验是在文献[1]的基础上进行的。采用附面层控制系统来改变扩压器进口速度分布。为此在扩压器前过渡段某处的四壁开多排小孔,并与真空泵相连成为附面层抽吸区。扩压器进口核心流M数约为0.7。     

自由流紊流度对亚音速扩压器性能的影响

一、引言 扩压器的进口条件对扩压器的性能非常敏感,这已被许多实验结果所证实。但是,这些结果主要还是局限在扩压器的进口条件是稳定流以及进口附面层外是均匀核心流的情况。J.A.Hoffmann首先关联出扩压器的性能与扩压器进口有高的非各向同性自由流紊流度参数之间的关系。但在J.A.Hoffmann的试验结果中,同时包含了进口速度     

压力恢复系统扩压器性能初步研究

 在气动和化学强激光器系统研制中，压力恢复系统扩压器设计技术研究具有重要的工程应用价值。介绍了常温空气介质情况下若干型式扩压器试验件的数值模拟和实验研究结果，针对扩压器扩张角大小、壁面之间加隔板和边界层吹气等因素对其扩压性能的影响作了对比分析。初步研究表明：激光器系统的光腔段和压力恢复系统扩压器采用较小扩张角，扩压器内腔宽度方向设置适当厚度的竖隔板，扩压器左右侧壁采用附面层吹气等措施能有效提高扩压器的扩压效率。而由于压力恢复系统扩压器宽高比很大，在扩压器内腔使用水平隔板对扩压效率没有明显提高，并且当扩压器扩张角度很小时，水平隔板反而降低了扩压器扩压效率。     

按dM/dm=常数设计的二元高亚音速扩压器的试验研究

本文介绍一种按dM/dx=常数设计的二元高亚音速扩压器的试验研究结果。所试验的扩压器进口M数为0.2—0.8,其相应的雷诺数为2.08×10~5—8.32×10~5。该扩压器的进口堵塞比B=2δ_1~*/W_1≈0.049;展弦比AS=1.33;扩压器长度与进口高度之比L/W_1≈6.35;面积比AR=2.08。对该扩压器进行了静态性能和动态性能的测量,并仔细地测量了扩压器沿程紊流附面层的发展,通过流谱观察,测得气流分离点的位置及分离区的大小。试验结果指出:扩压器静态性能与一元理想流的数值相比差别较大,靠近扩压器出口有较大分离区。扩压器内的最大总压脉动发生在紊流剪切层内,其位置高度与剪切层厚度的比值大约在0.6—0.75之间。     

光腔与扩压器化学反应流场优化数值模拟

氧碘化学激光器(COIL)在化学反应条件下,由于光腔及扩压器的气流通道内存在残余化学反应放热,从而导致"热堵"现象发生,影响了扩压器的正常启动及光腔内超声速流场的流动品质。采用数值模拟方法对COIL光腔与超声速扩压器流道内的化学反应流场进行研究,对超声速扩压器插入段的长度、楔形体的数量级扩散段长度对化学反应流场的影响进行研究。数值模拟结果表明:通过优化插入段及楔形体长度、取消扩压器侧壁的半楔形体,改善了因化学反应放热对光腔及扩压器流场造成的不利影响。优化后,光腔内的流动不再受气流分离产生的斜激波的影响,扩压器二喉道内的分离现象消失,扩压器壁面的分离区减小,出口流动更加均匀,"热堵塞"现象消失。化学反应条件下的气流总压损失比冷流时提高约15%,光腔与扩压器的总压恢复系数为0.426,进出口的静压比为3.75,比优化前提高了约25%。     

直排型DF/HF化学激光器扩压器喉道最佳长度实验研究

 为了研究扩压器喉道长度对直排型连续波DF/HF化学激光器起动特性的影响,建立了一套化学激光器气流通道双喷管小型实验模型。在无二次流的条件下,通过选用喉道长度不同的扩压器进行实验,分别得到对应的起动压力和工作压力,并将起动压力和工作压力的大小作为评价扩压器喉道长度优劣的依据。实验数据显示,对于该特定结构的直排型DF/HF激光器气流通道双喷管实验模型,扩压器喉道最佳长度为等效直径的17倍。     

二次喉道扩压器对COIL的影响实验

 氧碘化学激光器分别采用二次喉道扩压器和8°扩压器时，对在不同阀门开度下的气流方向的壁面静压曲线和背压曲线，光轴壁面静压曲线，出口总压与上游压比值曲线，输出功率曲线进行了测量。对两种扩压器的数据进行了对比，结果表明：与8°扩压器相比，二次喉道扩压器能够有效隔离扩压器下游气流对光腔的干扰，显著减小捩区长度，并将转捩区控制在扩压器内。在激光器背压升高时，二次喉道扩压器的稳定性更强。     

DF化学激光器扩压器流场仿真及优化

建立了DF化学激光器压力恢复系统扩压器的流场仿真模型,对扩压器流场结构进行了仿真分析。结果显示,扩压器超扩段长度为1310 mm时,激光器可工作压力为7.18 kPa。增加超扩段长度至1810 mm,激光器的可工作压力上升至8.25 kPa; 插入2片楔形叶片,激光器的可工作压力提升至8.52 kPa。适当增加超扩段长度和插入叶片的方式可在一定范围内提高激光器的工作压力,研究结果对于化学激光器扩压器的设计与优化具有重要的参考价值。     

燃气透平末级叶片及扩压器的联合优化

本文基于iSIGHT优化软件包以及叶轮机械三维粘性CFD数值模拟软件包,采用包括全局探索式、梯度搜索 式优化算法以及近似模型的组合优化策略,对某燃气透平的末级叶型和扩压器外形进行了联合优化。优化后的透平末级与 扩压器部分的CFD预测效率提高了2.8％,同时扩压器的长度缩短了30.1％。     

无缓冲气COIL扩压器流场数值模拟

 以无缓冲气化学氧碘激光器(COIL)实验器件的数据计算得到的混合喷管出口参数平均值作为光腔入口条件，对6种不同构型的扩压器从光腔入口至扩压器出口的流场进行了数值模拟，得出了各流场参数分布；对不同构型扩压器的流场特点、总压恢复性能进行了分析；研究了扩压器出口背压对流场参数的影响。结果表明：对于主流无缓冲气的COIL，等截面扩压器具有较好的压力恢复性能；增大扩压器出口背压可以使扩压器的压力恢复性能提高，然而，较高的背压使激波串向光腔方向移动，从而使光腔流场受到干扰，影响光腔的光束质量。     

喷管、光腔及压力恢复系统一体化设计

 对氧碘化学激光（COIL）系统的喷管和扩压器进行了3维数值模拟，对比分析了几种喷管和扩压器的设计方案，计算了从光腔入口到扩压器出口的气动力学过程。光腔内主副气流借助翼片辅助方法实现充分混合，翼片长0.77 cm，宽0.254 cm，满足气流混合要求。扩压器是1/4结构，即计算区域为入口截面高30 mm、宽60 mm的长方型，之后等截面延续500 mm，然后宽度仍然不变，高度以4°角扩张，延续700 mm，最终的出口截面高度为79 mm。采用空气入射，入口处（光腔出口）马赫数3.2，静压1 232 Pa，温度110 K；计算得到出口处总压13 300 Pa，总温300 K。结果表明：出口静压超出入口静压近10倍，该扩压器很好地起到了压力恢复的作用，而总压下降到1/4.5左右（从60 648 Pa到13 300 Pa），从而能够减轻后续的引射器的工作压力。利用高光腔压力设计可以减少一级引射器，达到整个系统小型化设计的目的。     

有叶扩压器的流场分析

本文利用计算流体力学通用软件了进行离心压气机扩压器的初步设计工作。参照有关文献[1~8]中的设计公式,本文进行了以下几种扩压器的几何造型和数值计算: (1)双圆弧中心线机翼型叶片扩压器; (2)楔形扩压器;(3)用优化程序设计的扩压器,给出了各扩压器造型在给定边界条件下流场的马赫数、静压、总压的分布,计算出各扩压器造型的静压比和总压恢复系数。最后对设计的扩压器与叶轮一起连算,以取得更接近实际情况的计算结果。通过对计算结果进行的分析比较,得到了离心压气机扩压器设计中有价值的初步性结果,为进一步的设计提供了改进途径和相应的基础数据。     

Parametric excitation of spin waves in ferromagnets by longitudinal pumping localized in space

The equations of motion for the slowly varying complex amplitudes of spin waves parametrically excited by a localized pumping magnetic field have been derived. A solution of these equations satisfying given boundary and initial conditions has been obtained. The energy dissipated by spin waves decreases with the pumping intensity beyond a certain pumping power, which can be termed the regeneration threshold. The losses vanish and change sign at the instability threshold. Both thresholds depend heavily on the linear dimension L of the pumping zone, increasing with decreasing L. Owing to the regeneration process, the dissipation length of spin waves increases without bound as the pumping power approaches the instability threshold. Consequently, perturbations of a uniform state due to the boundary penetrate throughout the pumping zone, regardless of the dimension L. As a result, the full pattern of parametric instability is strongly affected by the zone boundary: 1) the spatial distribution of wave amplitudes becomes nonuniform everywhere inside the zone; 2) the amplitude growth rate in the unstable regime decreases at all points when perturbations due to the boundary reach these points; 3) the instability threshold is independent of the spin-wave frequency offset from the parametric resonance frequency. The calculated minimum instability threshold as a function of the bias magnetic field (the “butterfly” curve) changes shape with L, in agreement with the available experimental data. Zh. éksp. Teor. Fiz. 111, 199–219 (January 1997)     

可模拟不同背压环境的直排型扩压器装置

为了研究直排型扩压器的压力恢复能力,设计了一套可模拟不同背压环境的扩压器装置。在扩压器平直段后接入电动闸板阀,通过调节气流的流通面积模拟不同的背压环境。考虑到闸板阀前平直段对扩压器工作性能的影响,建立了扩压器流场的仿真分析模型,得到了加入闸板阀的扩压器装置的流场,进行了扩压器平直段的优化设计,并开展了验证试验。结果表明,仿真分析与实验结果符合得较好,平直段设计合理时,采用闸板阀模拟不同背压环境的方式是可行的,直排型扩压器的恢复压力测试结果稳定可靠。     

Resolution of optical systems involving smoothened blanks in white light

Different smoothened blanks have been studied in partially coherent white light illumination to assess the possible maximum resolutions that can be obtained. The object can be placed either in contact with the diffuser or can be imaged onto the diffuser. Lower resolution is obtained in the latter case, which could be good enough for many practical requirements.     

Analysis of Diffuser Shift Margin in Spatial Spread-Spectrum Holographic Multiplexing

We present a novel numerical model for analyzing shift margin in spatial spread-spectrum (SSS) multiplexing, in which the spatial phase of signal beams, not in reference beams, is modulated and demodulated by a random diffuser to multiplex holograms. The shift margin is determined not by the Bragg effect of a thick hologram, but mainly by the phase correlation property of the diffuser used. In our model, we simulate signal data patterns and a smooth rough surface of a diffuser using oversampling and zero-padding, which allows us to cover crosstalk calculations and direct bit-errors calculations, with a fine shift resolution and a wide diffusion angle range. Calculation results revealed that the practical shift margin that ensures a signal to noise ratio more than 3.0 and a bit-error rate less than 10⁻² is in the range of 0.3ω_eff−0.5ω_eff, where ω_eff is the effective autocorrelation length of the diffuser transmission function. This model will be helpful in designing the optimum random diffuser profile for SSS multiplexing.