介质阻挡放电等离子体流动控制实验研究

通过平板实验和压气机叶栅实验研究了介质阻挡放电等离子体所产生的电动力对外流流动和内流流动边界层的加速作用.平板实验中采用LDV测量了介质阻挡放电等离子体在静止流场中诱导出的速度场,并研究了激励电压和频率对诱导速度大小的影响;在不同来流速度情况下,测量了等离子体激励对速度剖面的改变.通过低负荷和高负荷压气机叶栅实验,利用三孔探针研究了等离子体激励对栅后总压、速度以及流动分离的影响.实验中发现,流速低于20 m/s时,加电产生等离子体后,可显著改善栅后总压和速度分布;流速接近50 m/s时,等离子体仍会明显改变总压和速度的最小值;在低速下等离子体激励抑制流动分离是有效的.     

射流等离子发生器实验与模拟

针对自主设计的等离子体发生器,通过实验分析了常压下等离子热射流形态的发展状况,并对常压下的空气放电特性进行了数值模拟,以等离子发生器为原型,将等离子电弧的电场、磁场、温度场以及速度场进行了直接耦合计算,得到了等离子体电弧的速度场和温度场的分布情况. 针对不同间隙对放电结果的影响进行了分析,结果表明,放电间隙由1.5 mm增大到3.5 mm时,热射流速度由41.5 m/s增大到62.4 m/s,温度由3 650 K降低到1 960 K. 当间隙过窄时,温度过高将会烧蚀电极,影响电极使用寿命.      

磁加速等离子体激励器激励特性

为了增强等离子体激励器的扰动能力、提升等离子体气动激励的控制效果,采用高压探针、烟流显示和PIV流场测试等多种研究手段,开展了磁场加速等离子体激励器特性研究,获得了激励器不同时刻的放电图像,分析了磁场强度对激励器电学特性与诱导流场特性的影响规律.结果表明,（1）放电等离子体的定向运动速度与磁场强度成正比,磁加速等离子体的最大移动速度达到了6 m/s;（2）通过对不同剖面的诱导流场进行研究发现,磁场加速等离子体激励器能够在近壁区产生一系列涡结构.此外,该诱导流场具有显著的三维特征与非定常特性.研究结果为开展基于磁加速等离子体气动激励的流动控制奠定了基础.      

S型叶尖小翼对风力机流场特性影响的研究

在额定尖速比下,结合滑移网格的大涡模拟方法,对有无叶尖S型小翼的三叶片水平轴风力机流场特性进行了数值研究,结果表明:加装S型小翼后,改善了风轮上游的速度及压力分布情况,汲取了更多的风能;风轮压力面及吸力面的最大压差由1359 Pa提高到1756 Pa,使风轮功率放大;叶尖涡结构扩展规律与PIV(Particle Image Velocimetry)实验结果一致,叶尖涡轴向速度由15.6 m/s降低到了13.3 m/s,涡漩能量减少,叶尖涡涡量强度减弱,降低了气动噪声。     

考虑双向耦合效应的格子Boltzmann气固两相湍流模型

在流体粒子概率密度函数输运方程中考虑颗粒对流体的反作用力,发展了考虑双向耦合效应的LB气固两相流模型,引入Smagorinsky亚格子模型模拟高雷诺数气相流场.对经典后台阶气固两相流动进行模拟,气相和颗粒相速度分布与实验结果进行比较,发现考虑双向耦合效应的LB气固两相流模型结果明显优于单向耦合结果.进一步研究不同惯性颗粒在流场中的弥散特性,小颗粒(St~O(0.1))对流体的跟随性较好,在流场中分布较为均匀;而St~O(1)的颗粒难被流场涡卷吸进入涡内,呈现倾向性弥散现象;大颗粒(St~O(10))由于自身惯性进入流场涡,在流场中分布较为均匀.     

基于双芯光子晶体光纤的激光多普勒多点速度测量研究

为了实现微流体流场中多点速度测量,提出基于双芯光子晶体光纤的激光多普勒速度计研究。理论分析基于双芯光子晶体光纤的相干特性和控制体特征。计算结果表明纤芯间距为7.4μm,在控制体内可产生5条干涉明纹,与实验结果保持一致。但由于噪声的存在,实验所得各级条纹的强度比值比理论计算结果小。增大纤芯间距,可增加控制体内的干涉条纹数量,从而提高速度测量精度。从双芯光子晶体光纤出射的光斑至相干过程的成像结果表明,速度计的工作距离约30μm。分析基于双芯光子晶体光纤的激光多普勒多点速度测量原理,并进行单点、两点和三点速度测试。单点测量时,粒子平均速度为0.980 m/s,相对不确定度为0.5%;两点测量时,粒子平均速度分别为1.761 m/s、1.769 m/s;三点测量时,粒子平均速度分别为2.106、2.084、2.097 m/s。实验结果表明,基于双芯光子晶体光纤的激光多普勒速度计可进行多点速度测量,而且具有探头微型化、系统简单的特点,因此可嵌入微系统进行流场的多点速度测量。     

电弧射流激励器工作特性仿真研究

为了在高超声速飞行器减阻中达到更好的减阻效果,设计了一种电弧射流等离子体激励器。采用有限元法求解非线性多物理方程,对此电弧射流等离子体激励器的工作特性进行了数值模拟,得到了激励器内部的电势、压力、温度和速度分布,综合分析了进气口气体速度、放电电流、激励器管道半径对电势、压力、温度和速度分布的影响。获得了全面的影响规律,通过仿真结果还得到:电弧射流等离子体激励器可产生最高温度为8638 K、最高速度为655 m/s的等离子体射流。当电流20 A,进气速度0.5 m/s,管道半径2.5 mm时,所需功率最小;当电流20 A,入口气体流速5 m/s,管道半径2.5 mm时,出口处平均温度最高;当电流20 A,进口气体速度10 m/s,管道半径2.5 mm时,出口处平均速度最大。并对仿真得到的放电电压进行了实验验证,在等离子体参数相似的情况下,实验结果与仿真结果吻合较好。     

三电极等离子体合成射流激励器工作特性参数影响实验

采用放电测量和光学诊断技术对三电极等离子体合成射流激励器放电特性及流场特性进行了实验研究,分析了放电电容、激励器腔体体积和射流出口直径对三电极等离子体合成射流流场分布及速度特性的影响.实验结果表明:三电极等离子体合成射流激励器放电过程包含触发、放电增强、放电衰减和电弧熄灭4个阶段,表现出典型的欠阻尼放电特征;等离子体合成射流流场包含射流主流、"前驱激波"和复杂的反射波系.放电电容、腔体体积和射流出口直径均存在一阈值,当电容和出口直径小于阈值、腔体体积大于阈值时,"前驱激波"以当地声速（约345 m/s）恒速传播,否则"前驱激波"则以大于345 m/s的速度传播,且与射流速度呈现相同的变化趋势,即随着放电电容和出口直径的增加而增大,随着腔体体积的增加而减小.      

中心螺管模型线圈交流损耗计算及测试

中心螺管模型线圈选用 Nb Ti/ Cu复合超导材料 ,超导股线直径 0 .85 m m,Cu截面积与 Nb Ti截面积比为 1.38;经过 4级绞缆和成型 ,导体尺寸为 17.4 mm× 17.4 m m,中心冷却孔直径 4 .1m m。线圈用超临界氦冷却 ,流体进口温度为 3.8- 4 .2 K,压力 6 bar,每个流道流量 2 .2 g/ s。用量热法对中心螺管模型线圈进行了交流损耗测试并与计算值相比较 ,3次交流损耗电流分别是 :30 0 A/ s速度励磁和放电 ,最大电流 5 k A ,交流损耗测量值为每脉冲 78.3J;30 0 A / s速度励磁和放电 ,最大电流 7k A ,交流损耗测量值为每脉冲 14 0 .7J;4 0 0 A/ s速度励磁和放电 ,最大电流 7k A,交流损耗测量值为每脉冲14 5 .4 J;计算值分别为每脉冲 98J,1385 J,14 2 J;两者较好相符。     

超声辐照及辐照环境对液体中流场分布特性的影响

研究了超声辐照下液体中声压场分布,模拟了流场分布的特性,模拟结果与利用粒子成像测速仪得到的实验结果相符。进一步研究了声学参数及容器几何环境对流场分布的影响。研究发现,增大超声功率和频率可使流场速度变大:在30~60W范围内,超声功率与流场中最大流速间存在线性关系;在频率为100~472kHz范围内,流场速度大小随频率的升高而增加:在层流区,流速与频率的平方成正比;在湍流区,流速与频率的1/2次方成正比。进一步研究发现,随着换能器到容器壁间距离的增加,流场速度减小。