跨音速轴流风扇转子叶顶泄漏流的数值研究

采用数值模拟方法研究了不同间隙,不同流量工况下叶顶泄漏流非定常流动特征,发现在研究的三个间隙中,只有当间隙大于或等于设计间隙时,流动才会出现非定常性.随着流量的减小,泄漏涡轨迹前移,当泄漏涡轨迹到达相邻叶片压力面时,影响压力面压力分布,打破流场静态平衡,引起叶顶流场及激波位置、强度发生非定常波动.     

可调导叶向心涡轮转子叶片压力波动激励机制

论文以实际应用中出现破裂的向心涡轮为研究对象,研究导流叶片尾缘激波、导流叶片叶尖间隙泄漏流动以及导流叶片尾迹对转子叶片表面压力波动的干涉作用,定性确定这三种因素在转子叶片表面压力波动中所占比重大小,发现激波和导流叶片叶尖间隙泄漏流动所诱导的转子叶片压力波动位置。结果表明,激波和导流叶片叶尖间隙泄漏流动是导致转子叶片表面压力波动的主要因素;受向心涡轮叶轮进口形状的影响,激波只是和转子叶片前缘附近的吸力面发生作用,导流叶片开度减小,激波强度增大,转子叶片压力波动幅值明显增大;导流叶片叶尖和叶根间隙泄漏流动会导致转子叶片吸力面叶尖和叶根的压力波动明显增大,是转子叶片前缘叶尖发生高周疲劳的主要原因.     

涡轮转速对无导叶对转涡轮流动特性的影响

为了探究无导叶对转涡轮在不同涡轮转速下的流动特性,运用CFD方法对某无导叶对转涡轮模型级的流场进行了三维定常多叶片排的数值模拟.结果表明,涡轮转速的变化对无导叶对转涡轮的喉部位置基本没有影响;随涡轮转速的升高,高压动叶内的激波损失增大,低压动叶内的激波损失减小,源生于低压动叶吸力面上的激波沿吸力面向尾缘移动;对于远离设计点的非设计工况,流动分离损失及低压动叶中的激波损失构成了对转涡轮损失中的主体;涡轮转速的变化对高低压动叶出口气流角及高压动叶出口马赫数的影响作用较大;高低压涡轮出功比、对转涡轮的总功率及等熵效率均随涡轮转速的增大而增大.     

带喷流超声速后台阶流场精细结构及其运动特性研究

采用基于纳米示踪的平面激光散射技术(NPLS)对带超声速喷流的后台阶流动精细结构进行了研究. 来流马赫数为3.4, 喷流实测马赫数为2.45, 而名义马赫数为2.5. 结果清晰地揭示了激波、剪切层、混合层、Kelvin-Helmholtz涡、羊角涡及湍流大尺度结构等大量典型流场结构. 基于大量流场精细结构图像, 对典型位置处的结构进行了空间两点相关性分析, 在喷流混合层前端涡结构小于湍流充分发展的尾端, 结构角相对也小. 喷流工作时, 模型台阶下游表面由一薄层气膜覆盖. 获得了模型流向和不同高度展向平面内的流场结构, 对照纹影试验结果, 分析了流动特点及时间演化规律. 采用微型压力扫描系统测试了模型表面的压力系数分布, 靠近喷流下游处压力系数区域0.0146. 针对NPLS图像做了流动的分形维数的分析, 发现在流动初始阶段分形维数接近于1, 越靠下游分形维数越高.     

激波/边界层干扰对等离子体合成射流的响应特性

利用高速纹影系统和数值模拟方法研究了激波/边界层干扰对逆流喷射的等离子体合成射流的响应特性,并揭示了流动控制机理.实验在来流马赫数Ma=3.1的风洞中进行,测试模型采用钝头体和压缩斜坡的组合模型,等离子体合成射流激励器安装在钝头体头部.纹影系统捕捉了放电频率为f=1 kHz和f=3 kHz的激励对附体激波形态和分离激波运动的控制效果.等离子体合成射流使压缩斜坡激波/边界层干扰区域的起始点向下游移动,分离泡尺寸减小,附体激波强度减弱,发生弯曲,再附点移向上游,与此同时分离激波向附体激波逼近.与f=3 kHz激励相比,f=1 kHz激励的射流流量更大,对激波/边界层干扰的影响范围更广、控制效果更好.通过数值模拟,揭示了射流与来流相互作用对下游流场的作用机理:射流与来流相互作用诱导出大尺度旋涡,大尺度旋涡耗散发展增强了近壁面流场的湍流度;压缩斜坡上游近壁面的流场性质发生变化,进而导致了压缩斜坡激波/边界层干扰区域流动的变化.     

波纹管内流动特性的实验研究

随着超导技术的发展,高温超导电缆在电力输运中逐渐得到重视并进行了广泛的研究.由于波纹管具有良好的柔韧性和收缩性,在高温超导电缆中得到应用.波纹管内的流动压力损失参数是高温超导电缆低温系统重要的设计参数,因而研究波纹管内的流动特性具有重要的意义.对通径为6 mm,8 mm和10 mm的波纹管内液氮和氮气的流动特性进行了实验研究.液氮实验结果表明:液氮在波纹管内的流动具有波动性.在4000～40000的雷诺数范围内,测量了氮气的质量流量和压力损失,计算得到流动摩擦系数.分析表明:压力损失随雷诺数的增大而增大;波纹管的摩擦系数要高于光管,摩擦系数随雷诺数的增大而减小,摩擦系数随t/d的减小而减小.     

跨音速离心叶轮叶尖区域流动的数值分析

本文以压比为6.1的跨音速离心叶轮为研究对象,采用定常和非定常数值模拟分析了叶尖区域激波与泄漏涡的相互作用和泄漏涡的非定常特征。随着流量减小,激波与泄漏涡的相互作用增强,最终导致泄漏涡破裂。小流量下泄漏涡的破裂引起叶片载荷的变化,叶片载荷的变化反过来影响泄漏涡的强弱,如此形成一个非定常循环过程。单通道模拟得出非定常流动的频率为0.668 BPF,双通道和三通道模拟得到的频率则为0.88 BPF。但三种模型得出的非定常机理相同。     

电推力器等离子体喷流对航天器通讯电磁波信号衰减效应

采用时域有限差分法计算了不同特性电推力器等离子体喷流对不同频率通讯电磁波的衰减系数,采用空间透射波法进行了微波等离子体推力器喷流对C波段电磁波衰减的地面测试实验。理论计算和实验诊断结果表明:电推力器等离子体喷流对电磁波的衰减系数随着电磁波频率的升高逐渐减小,随着喷流等离子体频率的升高近似线性增大,随着喷流等离子体碰撞频率的增大呈先增大后减小的趋势;当喷流中等离子体数密度为0.9×1016~1.8×1016m-3时,C波段电磁波的衰减系数为1.5~6.0 dB,电推力器等离子体喷流对通讯信号的衰减效应不可忽略。     

不同波形脉冲激光的时域误差对相干合成的影响

相干合成技术是实现高功率、高亮度光纤激光系统的重要技术途径.然而, 脉冲激光阵列中常常存在时域误差,这将影响脉冲激光的相干合成效果. 建立了脉冲激光存在时域误差时的相干合成理论模型,并在不同波形(方波、三角波、正弦波) 的脉冲激光存在时域误差时,对相干合成光束在远场的脉冲波形、峰值功率、 光强分布和桶中功率(PIB)等特性进行了数值计算和对比分析.计算结果表明: 方波脉冲激光相干合成光束的脉冲波形受时域误差影响严重,光强分布和PIB随着时域误差 的增大发生线性变化;三角波脉冲激光相干合成光束的脉冲波形和峰值功率受时域误差 影响严重,光强分布和PIB在时域误差较大时随着时域误差的增大发生较为剧烈的变化; 正弦波脉冲激光相干合成光束具有较好的输出特性,在两路正弦波脉冲激光相干合成中, 将两脉冲之间的时延控制在脉冲持续时间的10%以内,就能取得良好的合成效果.     

两电极等离子体合成射流激励器工作特性研究

采用放电测量和高速阴影技术对两电极等离子体合成射流激励器工作特性进行了系统实验研究.实验表明:激励器工作击穿电压和放电峰值电流随激励器所处环境压强的降低和放电频率的增大而减小,激励器腔体内的放电过程为火花电弧放电.典型的等离子体合成射流流场包含有一道前驱激波和一股呈蘑菇状的高速射流.在整个射流发展过程中,前驱激波以当地声速恒速传播,不随激励器条件的改变而变化,波的强度则随着激励器出口直径的减小、腔体体积的增大、环境压强的降低和放电频率的升高而减小.激励器腔体体积和放电频率的增加会降低腔内气体的加热效果,并减小射流速度.激励器出口直径和环境压强对射流速度的影响按规律变化且存在最佳值.本文实各验条件下激励器都产生了明显的前驱激波和高速射流,具有实现高速流场主动流动控制的应用潜能.     

基于深度强化学习的近壁圆柱绕流控制

基于深度强化学习方法（deep reinforcement learning,DRL）,采用一对施加在圆柱表面的质量流量为零的射流,对Re=200,400,间隙比G/D=0.5,0.7,1.0,1.5,2.0的近壁圆柱进行主动流动控制研究。通过DRL方法获得不同参数下的射流控制策略与相应控制效果,并讨论了不同射流位置（90°,270°）、（90°,320°）、（90°,360°）对控制效果的影响。研究发现Reynolds数、间隙比和射流位置都对控制效果有重要的影响。射流位置为（90°,270°）时通过DRL控制可以有效降低阻力系数及其波动,控制后的圆柱尾迹被拉长且圆柱前后压差降低。射流位置为（90°,320°）和（90°,360°）的控制效果相似,都能使平均阻力系数有所降低,但控制位置的不对称性导致控制后的阻力系数波动较大。Reynolds数和间隙比的增大会增加控制射流的质量流量水平,在相同条件下,使用（90°,270°）的射流位置可以用相同的质量流量得到更好的控制效果。      

Influence of air pressure on the performance of plasma synthetic jet actuator

Plasma synthetic jet actuator(PSJA) has a wide application prospect in the high-speed flow control field for its high jet velocity.In this paper,the influence of the air pressure on the performance of a two-electrode PSJA is investigated by the schlieren method in a large range from 7 k Pa to 100 k Pa.The energy consumed by the PSJA is roughly the same for all the pressure levels.Traces of the precursor shock wave velocity and the jet front velocity vary a lot for different pressures.The precursor shock wave velocity first decreases gradually and then remains at 345 m/s as the air pressure increases.The peak jet front velocity always appears at the first appearance of a jet,and it decreases gradually with the increase of the air pressure.A maximum precursor shock wave velocity of 520 m/s and a maximum jet front velocity of 440 m/s are observed at the pressure of 7 k Pa.The averaged jet velocity in one period ranges from 44 m/s to 54 m/s for all air pressures,and it drops with the rising of the air pressure.High velocities of the precursor shock wave and the jet front indicate that this type of PSJA can still be used to influence the high-speed flow field at 7 k Pa.     

流经矩形喷嘴的超音速射流啸叫模式切换的实验研究

通过实验分析比较了对于相同高度不同宽度的四种矩形喷嘴, 当压力在0.2 MPa到0.8 MPa 之间变动时, 欠膨胀超音速自由射流的啸叫特性和对应的流场纹影结构.结果表明: 不同宽高比喷嘴的超音速自由射流辐射噪声中的单频离散啸叫存在两种不同的啸叫模式, 且随着射流压力的变化会出现模式间的切换.所谓模式切换是指不同模式的轮流占优和消失的现象.啸叫模式间的切换及占优区间的宽度随着喷嘴宽高比的减小而缩短.其中, 宽高比为2的射流啸叫模式中的一种模式所占的射流压降区间异常小, 此现象未在相关文献中提及; 喷嘴宽高比为4的射流啸叫占优区间内, 啸叫基频-射流压力曲线在0.49 MPa时出现了间断、跳跃现象.随着压力的降低激波纹影的轴线出现了抖动, 不同宽高比下流场结构的稳定性随压力变化的规律各异.射流压力在0.70 MPa到0.45 MPa区间内, 随着宽高比减小, 第一波节格栅的激波致密度减弱, 且出现轴向脉动, 第二波节后方的流场变得紊乱; 当射流压力低于0.45 MPa 时, 激波串结构随着宽高比的增大而趋于稳定, 在此压力区间内周期性激波格栅结构较射流压力在0.45 MPa以上时有所减弱.结合啸叫频谱及纹影图分析, 可初步认为, 第二、三波节也会对啸叫频率的声压幅值起到反馈增强作用.     

Suppression effect of jet flow on pulsating pressure of cavity using scale-adaptive simulation model

The suppression of the aerodynamic noise in the cavity has a great significance to solve relevant puzzles of weapon bays.Acoustic field of the standard cavity model is simulated by using the computational fluid dynamics technology based on scale-adaptive simulation(SAS)model.The results obtained by the proposed method in this paper show reasonable agreement with experiments.On the basis of this,effect of different jet flow rates on the time-averaged variables,turbulent kinetic energy,root mean square(RMS)of sound pressure,sound sources distribution and the pulsating pressure distribution in the cavity is studied.The analysis shows that the jet flow has great influence on the cavity flow field and the distribution of pulsating pressure RMS by changing the morphology of the shear layer.The most obvious of these measures is spout4 configuration,the influence mainly in the form of reducing the pulsating pressure of the whole cavity and changing the sound pressure level in the far field.The results show that different jet flow rates have different control effects on pulsating pressure in the cavity and sound pressure level in the far field.Furthermore,the jet flow rates and the suppression effect on the pulsating pressure have no linear relation.     

高速受限混合层结构和效应实验研究

受限混合层的流动主要是喷流与自由来流相互剪切形成的混合层受到壁面的限制而形成的一种流动.文章采用后向台阶平板模型研究了高速高压比条件下的受限混合层的典型流场结构以及冷却效率.实验自由来流Mach数为5, 喷流的Mach数为1.28, 喷流总压为0.2~0.7 MPa, 通过调整冷喷气流的总压, 基于纹影流动显.形成喷口附近波系的欠膨胀流动现象的深刻认识, 提取波系特征与流动参数之间的规律.基于流动显示及实验测量结果, 通过分析流场中大尺度结构的空间演化规律, 揭示流动参数对于冷却效率的影响规律及物理内涵.采用快响应压敏漆(FRPSP)技术在高超声速风洞开展热流分布和冷却效率研究, 获得了平板对受限混合层冷却效率的影响.      

大气压氖气介质阻挡放电脉冲等离子射流特性

采用自行研制的低造价、小体积、可产生幅值0~35 kV、重复频率1 kHz的高压s脉冲电源,设计了一套以大气压氖气为工作气体的介质阻挡放电（DBD）等离子体射流源,通过测量并计算放电过程中的电压-电流波形、拍摄放电图像、光谱分析等手段,对电压幅值、气体流速对氖气等离子体射流特性的影响进行了研究。结果表明:s脉冲电源激励下大气压氖气DBD能产生锥状的等离子射流且其等离子强度适中;s脉冲电源电压幅值的快速上升,可在放电空间瞬间施加高的过电压,能有效促进放电功率、电子密度、电子激发温度和射流长度的增加;工作气体流速的增加使得放电功率、电子激发温度和电子密度减小,而射流长度变化很小;一定条件下,能形成长距离的射流。     

Oscillation modes of supersonic multijets exhausting from very adjacent multiple nozzles.

The oscillation modes of a supersonic circular twin jet and multijet with square configuration where the center-to-center spacing of nozzles was fixed to 1.4 times the nozzle diameter were investigated experimentally. It is found that the twin jet oscillates simultaneously in three different oscillation modes for the pressure ratios of about 4.1. From the acoustical observation, these oscillation modes are identified as one lateral oscillation mode perpendicular to a plane composed of the twin jet axes and two lateral oscillation modes parallel to this plane. For a multijet with a square configuration, only one lateral oscillation mode was observed. In this case, it is observed that when the spacing between two facing sides of the square formed by four jets is stretched, the spacing between the other two sides shrinks and vice versa.     

纳秒脉冲等离子体合成射流激励器的流场特性分析

采用一台高重频、快上升沿纳秒脉冲电源作为激励源,对典型的双电极合成射流激励器进行放电,通过粒子图像测速法（particle image velocimetry,PIV）测量放电实验中激励器稳定流场特性以及发展速度.分析实验结果发现,随着重复频率的提高,合成射流的平均发展速度也随之增大,1 kHz时的平均速度最高达到28.28 m/s,并在单脉冲能量远低于微秒脉冲的情况下,实现了更快的稳态流场控制,表明高重复频率下,更多次数的脉冲放电可提高激励总能量,有效地弥补纳秒脉冲单脉冲输出能量不足的缺点.而且频率越高,流场发展速度越快,说明高重频工作模式会对输出总能量有补偿作用.      

Acoustic characteristics of pulse detonation engine with ellipsoidal reflector

Acoustic characteristics of a pulse detonation engine(PDE) with and without an ellipsoidal reflector are numerically and experimentally investigated. A two-dimensional(2 D) non-splitting unstructured triangular mesh Euler solver based on the space-time conservation element and solution element(CE/SE) method is employed to simulate the flow field of a PDE.The numerical results clearly demonstrate the external flow field of the PDE. The effect of an ellipsoidal reflector on the flow field characteristic near the PDE exit is investigated. The formation process of reflected shock wave and reflected jet shock are reported in detail. An acoustic measurement system is established for the PDE acoustic testing. The experimental results show that the ellipsoidal reflector changes the sound waveform and directivity of PDE sound. The reflected shock wave and reflected jet shock result in two more positive pressure peaks in the sound waveform. The ellipsoidal reflector changes the directivity of PDE sound from 20 to 0. It is found that the peak sound pressure level(PSPL) and overall sound pressure level(OASPL) each obtain an increment when the PDE is installed with a reflector. The maximum relative increase ratio of PSPL and OASPL are obtained at the focus point F2, whose values are 6.1% and 6.84% respectively. The results of the duration of the PDE sound indicate that the reflecting and focusing wave generated by the reflector result in the increment of A duration and B duration before and near focus point F2. Results show that the ellipsoidal reflector has a great influence on the acoustic characteristic of PDE sound. The research is helpful for understanding the influence of an ellipsoidal reflector on the formation and propagation process of PDE sound.