圆盘近尾迹中低频不稳定特性研究

利用大涡模拟(LES)和热线实验测量手段,采用小波分析及FFT方法对Re=104的圆盘近尾迹中的特征频率进行了捕捉,着重对低频不稳定性进行了研究.LES和热线实验结果表明,圆盘近尾迹中除对应于剪切层Kelvin-Helmholtz不稳定的高频率StKH≈1.6和大尺度涡旋脱落频率StV≈0.14外,还存在两个低频率:StL1≈0.02和StL2≈0.03.进一步对导致低频不稳定性的物理机制进行了分析,发现低频率StL1≈0.02与涡旋脱落周向旋转有关,而低频率StL2≈0.03与回流区的伸缩运动有关.本研究合理解释了目前钝体绕流低频数值分散的原因.     

微细槽道散热器性能实验和数值研究

设计了针对电子芯片50W/cm2散热需求的微细槽道散热器.研究中,采用水为换热介质,对其冷却换热性能进行了实验和数值研究.通过对散热器表面温度、冷却介质水的进出口温差、流量和压降等参数的测量和数值计算,系统分析了换热量、热流密度等散热器性能参数.实验和模拟结果表明:在雷诺数小于50、模拟热源表面温度低于85 ℃的情况下,该微细槽道散热器可以达到56 W/cm2的热流密度,且压降不超过400 Pa;小雷诺数条件下,微细槽道散热器的摩擦系数随着雷诺数的增大而减小,散热量随着模拟热源表面的温度的升高或流量的增加而增加.微细槽道散热器的换热性能随着雷诺数的增大而提高,并且随着加热功率的增大,提高的幅度也增大.     

微通道流的滑移连续介质模型及其适用性

采用不同滑移连续介质模型, 考虑不同的进出口压比、长宽比和出口压力, 对微通道中低马赫数的氦气流和氮气流进行数值分析, 并采用小扰动分析方法给出不同阶滑移条件所对应的流场理论解, 用实验结果和DSMC方法在不同努森数区域中检验理论模型. 研究表明, 滑移模型能很好地描述微通道流的可压缩效应、稀薄效应以及热蠕动效应; 与一阶滑移模型相比, 稀薄效应在高阶滑移模型中影响略弱; 努森数和雷诺数分别表征稀薄效应和热蠕动效应的强弱; 滑移的连续介质模型适用于努森数小于0.15的氮气流动, 而高阶滑移模型在努森数小于0.08的滑移流区域效果更好; 在努森数大于0.2的过渡区, 滑移模型明显低估了稀薄效应.     

微喷管中亚声速流场的数值模拟

采用Navier-Stokes方程对微型缩放喷管内的亚声速流动进行二维数值模拟，重点考察滑移边界条件对计算结果的影响．通过比较有与无滑移边界条件的数值结果，发现微喷管内努森数处于0．014-0．023时，滑移边界条件对微喷管推力的影响不大，但对微喷管扩张段的流场则有较大影响．     

正庚烷液滴在惰性多孔介质内的燃烧

多孔介质内燃机具有高效、低污染而且实用的潜在优点.我们用零维模型加详细化学反应机理来模拟正庚烷(C7H16)液滴在惰性多孔介质内的定容点火过程.气固、气液之间的对流换热系数,气液之间的对流传质系数均由经验公式给出;液滴表面的化学平衡服从Raoult定律;假定多孔介质内为均匀各向同性黑体辐射场.研究表明,正常工况下多孔介质(PIM)可看作恒温热源,PIM能大大缩短点火延迟期,有利于内燃机的点火控制;同时能大大降低点火阶段的压升速率,减轻噪音.总体上污染物浓度较低.     

圆柱绕流复杂尾迹的实验研究

本实验研究由两个或三个并排圆柱体所产生的复杂尾迹。其中一个圆柱被加热,流体尾迹中最高温度比环境温度高１℃左右,对湍流场影响很小。用Ｘ热线和一根冷线相结合的三线探头分别测量速度和温度的脉动。以一个圆柱尾迹的实验数据为基础,用位置叠加假设来计算复杂尾迹,并与实际测量结果比较,用以检查该假设在圆柱绕流复杂尾迹的适用情况。结果表明,利用位置叠加假设,可以根据该假设的实验结果来对复杂尾迹的平均速度进行描述     

自由振动圆柱绕流近尾迹湍流普朗特数

对自由振动圆柱后尾迹中的湍流普朗特数进行了实验研究 ,并与刚性柱体尾迹的结果作了比较 .加热圆柱后的流场温度比环境温度高 1℃左右 ,对流场影响很小 .用自制的X热线和一根冷线相结合的三线探头测量速度和温度的脉动 ,并用激光测振仪测量了该柱体的振动情况 .结果表明 ,在自由振动后的尾迹中 ,湍流脉动引起的能量输运能力比动量输运能力强 ,湍流的梯度输运假设与实验结果符合较好     

化学反应机理和弥散效应对多孔介质内燃烧过程的影响

采用一维反应流模型,考虑不同的化学反应机理和弥散效应的影响,数值求解多孔介质内的燃烧过程.通过对火焰结构,火焰传播速度及污染物的计算与分析,得到了不同机理的优缺点及适用范围,分析了弥散效应的影响.结果表明,当量比较小时,化学反应机理和弥散效应的影响不大;当量比较大时,结果差别较大,需要仔细选择化学反应机理和考虑弥散效应.     

声激励对圆射流流场结构控制的大涡模拟

为研究声激励对圆射流流场结构的控制作用,采用大涡模拟方法计算相锁定全局声激励下的圆射流(Re=2 020)流场.计算得出的未加激励时射流的优势频率与实验符合得很好.从多角度描述声激励对射流速度场和涡量场的影响,分析流场对声激励响应的频率选择特性.通过速度场的平均值、均方根值,概率密度函数,偏度,峰度,以及动量厚度的分布,显示声激励引起速度场和混合特性的改变.涡量和Q准则揭示流场拟序结构的演化,发现激励控制流场的主导涡结构是希尔球涡.研究表明,声激励是流场控制非常准确和有效的手段,当激励频率在优势频率附近时影响尤其明显,很小的能量输入便可以引起流场结构的显著改变.     

多孔介质钝体火焰稳定特性实验研究

提出采用多孔介质材料制作火焰稳定器,利用其通透和弥散性能改善钝体后燃空比,降低钝体引起的压力损失,提高火焰稳定性.通过实心钝体、10和40PPI(pores per inch)多孔介质钝体火焰稳定特性和冷态尾迹测量对比实验发现:多孔介质火焰稳定器可获得更宽的火焰稳定范围;相同燃料和空气伴流条件下,多孔介质钝体后火焰刚性更强,燃烧更充分;实心钝体回流区较靠近钝体,回流区强度较强;多孔介质钝体回流区向下游发展,回流区强度较弱,但空气燃料混合更好.因此多孔介质稳定器关键是要确定合适的孔径,使火焰更稳定燃烧.