高阶谱元区域分解算法及其在流动稳定性中的应用

以无时间分裂误差的区域分解Stokes谱元算法为基础构建整体稳定性分析方法.用Jacobian-free的Inexact-Newton-Krylov算法求解不可压缩Navier-Stokes方程的定常解,将Stokes算法的时间推进步作为Newton迭代的预处理,在此基础上采用Arnoldi方法计算大规模特征值问题,对复杂流动进行稳定性分析,该方法能统一处理定常和非定常计算,没有时间分裂误差,无需显式构造Jacobian矩阵,可以减少内存使用,降低计算量,并加速迭代收敛.对有分析解的Kovasznay流动的计算表明,高阶谱元法具有指数收敛的谱精度.对亚临界方腔对称驱动流的各种定常解的计算及其稳定性分析验证了方法的可行性.     

气液两相喷射器喷嘴型线优化设计

采用均相流模型一维计算方法,优化设计两相喷射器的工作喷嘴型线,与对应工况锥形喷嘴的流动参数进行对比。运用流体动力学方程,先使用等压降方法计算喷嘴型线,进而采取更适合两相流动的等速度梯度数学方法来优化型线。结果表明:在流场出口压力以及出口速度差值在1%以内的情况下,相较于锥形结构喷嘴,此方法得到的喷嘴结构贴合两相流膨胀加速过程,关键位置压力降变化稳定,膨胀波发生位置后移90%,喉部后的流体平稳区域是其5倍,加强对超音速流体的适应能力,得到良好品质的出口流场,使喷射器中工作流体和引射流体的初步混合不偏离理想混合压力,降低对喷射系数的影响。     

天然气-凝析液混输管线温降计算

基于普适的气液混合物流动能量方程,推导出了用于天然气-凝析液两相管流稳态计算的显式温降计算式,该式考虑了沿线换热,Joule-Thomson效应、地形起伏的影响.由此讨论了文献关于两相流温降计算的一些观点.取消了温度迭代循环,用两相流温降显式计算式替代焓平衡方程参与水力、热力耦合计算,提高了算法的效率.经与OLGA计算结果比较,本文提出的模氆和算法能够较准确地计算天然气-凝析液管流温度.     

实际气体喷管喉部尺寸的设计计算

由于天然气输送中的压力通常较高,因此,天然气不能按理想气体处理。本文详细介绍了采用BWRS方程计算天然气在喷管内流动时喷管喉部临界参数的计算方法、过程以及计算程序编制步骤,计算了不同喷管入口压力下喷管喉部面积,并将之与理想气体状态方程的结果进行了比较。结果表明,在喷管入口压力比较低,设计精度要求不高时,可以采用基于理想气体状态方程的喷管喉部计算公式。但如果天然气压力大,设计精度要求较高时,就必须采用实际气体方程进行喷管设计计算。     

不同层显式格式及在微尺度热传导中的应用

基于指数拟合和牛顿插值多项式构造了用于数值计算偏微分方程的不同层显式格式,应用不同层显式格式可获得不同精度的数值计算结果,并将该算法应用于微结构热传导方程和薄膜强瞬态热传导方程中．     

应用Navier-Stokes方程的叶栅粘性流动数值分析

本文以时间相关显式格式求解完全的Navier-Stokes方程,计算了二维叶栅中的粘性流动。一种Euler方程多网格算法,被成功地应用于粘流问题计算,显著地加速了收敛过程。用含分离流动的压气机叶栅和跨音速涡轮叶栅等算例,说明了解的准确程度和多网格法的效果。     

应用多传感器时间融合的塞状流测量研究

气液两相流由于其自身的复杂性,流型、流量等流动参数的测量一直是研究的重点和难点.应用多传感器数据融合技术测量气液两相流可以从多角度揭示流体信息,提高流动参数的测量精度.多传感器系统主要由截面信息测量系统和V型内锥式流量计构成,在利用相关技术对截面测量信息与V型内锥式流量计的测量数据进行时间融合的基础上,对水平管气液塞状流经行了分段式的流量测量.测量中将气塞和液塞分开计算,并引入了等效干度的计算,通过对实验结果进行的误差比较,验证了该方法是可行的,而且能一定程度上提高测量精度.     

两相流动熵方程及熵产分析

两相流动过程以存在不可逆的相间作用为其重要标志。作者认为,利用熵方程不仅可以对过程作较深入地研究,还可以按熵定律判断可能流动和不可能流动,将微分方程的数学分析与物理解释更好地结合起来.本文将建立描述气-液两相分离流模型的熵方程,并利用熵定律讨论相间界面参数的取值范围.     

基于时变ARMA模型的MEMS陀螺随机误差补偿技术

为了提高微机电系统(MEMS)陀螺的测量精度,提出了一种基于遗忘因子递推最小二乘估计的时变自回归滑动平均(ARMA)模型补偿方法.针对实测MEMS陀螺去除趋势项后的随机漂移信号,采用分段检验方式进行了平稳性分析,选取合适的基函数以及子空间维数进行时变ARMA模型建模.采用遗忘因子递推最小二乘估计的方式进行模型参数估计,通过设置遗忘因子,使得更新后的模型参数能够反映信号的动态变化.针对存在轻微波动的时变参数,采用5阶多项式对时变模型参数进行拟合,并提出一种解析法进行参数寻优,从而建立最优随机漂移模型.将建模结果应用于卡尔曼滤波,进行随机漂移补偿,将补偿结果与时不变ARMA模型建模补偿方式的补偿结果进行对比发现,所提方法补偿后的残差方差比时不变ARMA模型补偿后的残差方差降低了近40%,有效提高了MEMS陀螺随机漂移的补偿精度.     

可调式引射器对两相流引射制冷循环系统性的影响

在两相流引射制冷循环中,采用引射器来代替膨胀阀,回收节流过程中的膨胀功。采用可调式喷嘴引射器,通过调节喷针的位置调节引射器喷嘴出口的流通截面积来改变工作流体的流量。对以R134a为工质的两相流引射制冷循环系统进行实验研究并对引射器内部的流动进行数值模拟,分析喷嘴喉部截面积和扩张角对R134a两相流引射制冷系统性能的影响。模拟结果和实验结果均表明:在定工况条件下,引射器的引射比随喷嘴喉部截面积的增大而升高,而随喷嘴扩张角的增大先升高后减小,在喷嘴扩张角为3°时取得最大值。系统的COP随喷嘴喉部截面积的增大先升高后减小,在喷嘴喉部截面积为2.84mm2时,系统COP取得最大值。     

结合环境参数修正的高温气体光谱检测系统设计

随着工业化进程加快，大气污染监控已受到广泛关注，为实现工业过程痕量气体浓度的准确监测，采用可调谐半导体激光吸收光谱技术(TDLAS)搭建了气体浓度在线监测系统，并以LabVIEW为软件开发平台完成了可视化界面。重点设计了数据处理功能及浓度反演算法，通过同步获取的环境压力参数对特征吸收光谱的有效拟合范围进行修正，提高吸光度信号的准确性，再通过读取的环境温度参数修正气体吸收线强以获得精确的浓度结果。将该系统应用于高温氨浓度在线测量实验中，获得高温不同压力下的氨气浓度测量结果。实验结果表明，在500 K温度下，不经过压力、温度参数修正的最大氨浓度反演偏差为18.81%，通过参数判断后再进行光谱提取和修正，得到浓度最大偏差为3.96%。该系统能够准确反演不同环境参数(压力、温度)下的气体浓度，实现了工业高温现场气体的实时、精确在线测量。     

激波管中非平衡可凝结流的流动分析

理论推导激波管中相变加热的临界加热量,得到一个显式计算临界加热量公式.该式可广泛用于湿蒸汽或纯蒸汽相变加热流动计算.结果表明,考虑相变加热的临界加热量要大于外部加热的临界加热量;热壅塞时会产生一道向上游传播的凝结激波,且凝结激波位置在液相质量分率开始增长点之前.采用AUSM格式数值求解激波管中湿空气的凝结流动,理论预测与数值计算吻合良好.     

脉冲电子束荧光技术测量稀薄流场速度研究

脉冲电子束荧光测速技术是一种直接测量稀薄流场速度的非接触手段,以Φ0.3 m高超声速低密度风洞Ma=12型面喷管为对象,在总压2 MPa、总温650 K的状态下,测量了喷管出口150 mm截面的径向速度分布,各点的7次测量结果表明重复性偏差约为10%,最大相对不确定度为4%,中心位置的速度与Pitot管测压技术、Rayleigh散射测速技术、N-S/DSMC数值模拟获得的速度相比较,偏差为1%,表明脉冲电子束荧光技术获得流场速度的方法是可靠的.      

波长调制吸收光谱技术的燃气轮机燃烧室温度组分二维分布测量方法

可调半导体激光光谱技术（TDLAS）可实现温度、组分浓度等多参数同时测量,具有体积小、响应速度快、环境适应性高等优点,逐渐成为燃烧流场诊断的主要手段之一。TDLAS光谱测量常采用直接吸收技术和波长调制技术,其中强度归一化的波长调制技术,适合存在振动、湍流等致光束偏转效应和强辐射本底等恶劣应用环境条件的燃气轮机流场参数测量。基于TDLAS技术,开展了1f归一化波长调制技术燃气轮机燃烧室温度、组分浓度参数测量方法研究和实验室验证工作,并在某燃气轮机单喷嘴台架进行了冷态、热态试验验证,实现了燃气轮机燃烧室沿气流方向温度及H₂O、CH₄浓度二维分布测量。采用1f归一化波长调制技术抑制台架振动、热辐射背景噪声,采用1 392,1 469和1 343 nm蝶形封装的DFB激光器,三支激光器的出光方式为时分复用,选取H₂O的7 185.6,6 807.83和7 444.3 cm-1处的吸收线,两两组合使用,测量热态下一定范围内的温度和H₂O浓度;采用1 654 nm蝶形封装的DFB激光器,选取CH₄的6 046.96 cm-1处的吸收线进行冷态CH₄浓度测量。实验室对测量系统可靠性进行验证,配置4%~6%范围内的CH₄气体进行测量并与实际值对比,浓度测量最大相对偏差为3.72%;在高温炉中设定900~1 500 K范围内的温度台阶,充入纯水汽,计算不同设定温度和压力下的温度和浓度测量值,温度测量最大相对偏差3.07%,浓度测量最大相对偏差为-2.00%,验证了该测量系统的可靠性。台架燃气轮机实验中,集成了一套小型化测量仪器,设计多束激光收发一体的测量结构。实验采用两个电动位移台,搭载测量结构,每间隔5 mm逐点移动采样,对燃气轮机燃烧室300 mm×60 mm的燃烧区域进行测量,获取了若干工况下冷热态结果。通过双三次插值的方法绘制分辨率为0.5 mm的二维流场分布图,结果分别反映了测量区域范围内CH₄和火焰分布的真实状态。为燃气轮机喷嘴燃料、空气掺混情况和燃烧特性研究提供了新的研究方法和技术手段。     

Study on the interaction of intense femtosecond laser pulses with nanometre-sized hydrogen clusters

The interaction of intense femtosecond laser pulses with hydrogen clusters has been experimentally studied. The hydrogen clusters were produced from expansion of high-pressure hydrogen gas (backed up to 8\tm10⁶Pa) into vacuum through a conical nozzle cryogenically cooled by liquid nitrogen. The average size of hydrogen clusters was estimated by Rayleigh scattering measurement and the maximum proton energy of up to 4.2keV has been obtained from the Coulomb explosion of hydrogen clusters under 2×10¹⁶ W/cm² laser irradiation. Dependence of the maximum proton energy on cluster size and laser intensity was investigated, indicating the correlation between the laser intensity and the cluster size. The maximum proton energy is found to be directly proportional to the laser intensity, which is consistent with the theoretical prediction.     

Effect of stagnation temperature on the supersonic axisymmetric minimum length nozzle conception with application for air

When the stagnation temperature of a perfect gas increases, the specific heats and their ratio do not remain constant any more and start to vary with this temperature. The gas remains perfect; its state equation remains always valid, except, it is named in more by calorically imperfect gas. The aim of this work is to trace the profiles of the supersonic axisymmetric Minimum Length Nozzle to have a uniform and parallel flow at the exit section, when the stagnation temperature is taken into account, lower than the dissociation threshold of the molecules, and to have for each exit Mach number and stagnation temperature shape of nozzle. The method of characteristics is used with the algorithm of the second order finite differences method. The form of the nozzle has a point of deflection and an initial angle of expansion. The comparison is made with the calorically perfect gas. The application is for air.     

Cryogenically Cooled High-Pressure Hydrogen Cluster Jet Injection into the HL-2A Tokamak

The experimental set-up of SMBI system in HL-2A and the detail structure of the molecular beam valve with cooling trap are shown in Fig.l. The valve used for producing hydrogen cluster jet is a solenoid valve S99 with a nozzle orifice of 0.2 mm diameter. The distance between the nozzle of the valve and the edge plasma is about 1.28 m. A liquid nitrogen cryogenic trap is applied for cooling the valve body and decreasing the working gas temperature. The hydrogen cluster jet used for the experiments is in fact a free jet. For real gases, the adiabatic expansion of gas through a nozzle into vacuum results in substantial cooling in the frame of the moving gas. Atoms or molecules that interact weakly at low temperature can form clusters as a result. Attractive forces between atoms can be hydrogen bonding,     

含振动能激发Boltzmann模型方程气体动理论统一算法验证与分析

为模拟研究高温高马赫数下多原子气体内能激发对跨流域非平衡流动的影响,将转动能、振动能分别作为气体分子速度分布函数的自变量,把转动能和振动能处理为连续分布的能量模式,将Boltzmann方程的碰撞项分解成弹性碰撞项和非弹性碰撞项,同时将非弹性碰撞按一定松弛速率分解为平动-转动能松弛过程和平动-转动-振动能松弛过程,构造了一类考虑振动能激发的Boltzmann模型方程,并证明了其守恒性和H定理.基于内部能量变量对分布函数无穷积分,引入三个约化速度分布函数,得到一组考虑振动能激发的约化速度分布函数控制方程组,使用离散速度坐标法,基于LU-SGS隐式格式和有限体积法求解离散速度分布函数,建立含振动能激发的气体动理论统一算法.通过开展高稀薄流到连续流圆柱绕流问题统一算法与直接模拟蒙特卡罗法模拟结果对比分析,特别是过渡流区平动、转动、振动非平衡效应对绕流流场与物面力热特性的影响机制,证实了所建立的含振动能激发的Boltzmann模型方程及气体动理论统一算法的准确可靠性.     

压缩理想气体和实际气体的离心式叶轮流场分析

本文对压缩理想气体和实际气体的离心式叶轮作了流场分析。分析使用流线曲率法。实际气体的热力学是基于作者提出的通用状态方程和Ｓｃｈｕｌｅｓ的多变分析。对一个压缩理想气体的叶轮作了实验测量。分析结果比较表明，压缩理想气体和实际气体时叶轮中速度分布是不同的，且压缩实际气体时，叶轮出口参数不同于压缩理想气体时的计算和实测结果。     

Axial variation of electron number density in thermal plasma spray jets

The electron number density has been measured in a plasma spray torch using Stark broadening of H and Ar-I (430 nm) line. A small amount of hydrogen (1% by volume in argon gas) was introduced to study the H line profile. Axial variation of electron number density has been determined up to a distance of 20 mm from the nozzle exit point of spray torch. The plasma torch was operated at 5 and 10 kW power level and flow of argon was kept at 25 liters per minute. Using the measured excitation temperature data under same experimental conditions, the electron number density has also been calculated using Saha equation. Comparison of electron number densities measured from Stark broadening with those derived from excitation temperature measurements under the assumption of local thermodynamic equilibrium (LTE) in thermal plasma jets indicate about the deviation from LTE in thermal plasma jets. The electron number density measurement using Stark broadening of Ar-I (430 nm) line will be particularly useful when only argon gas is used in thermal plasma jets.Received: 6 January 2003, Published online: 22 July 2003PACS: 52.70.Kz Optical (ultraviolet, visible, infrared) measurements - 52.77.-j Plasma applications - 52.25.-b Plasma properties