激波卷扬的气体粉尘边界层的实验与数值研究

采用瞬态阴影技术和激光消光技术对激波卷扬粉尘的现象进行了实验研究,理论研究采用ＰＳＩＣ（ＰａｒｔｉｃｌｅＳｏｕｒｃｅｉｎＣｅｌｌ）模型,模型同时考虑了湍流效应及气固两相间的输运效应。结果表明,激波卷扬的粉尘颗粒在壁面附近湍流区内先被加速,一定高度后减速,从而在边界层内形成一个高颗粒浓度的区域。数值结果与实验结果基本一致。     

激波点燃粉尘的数值模拟研究

建立了用于模拟入射激波后可燃粉尘颗粒点火的一维非定常两相化学反应流模型,该模型考虑了气固两相间的相互作用、粉尘颗粒的加速、加热和化学反应。粉尘颗粒着火前的化学反应用发生在颗粒外表面和内孔表面的非均相反应描述,颗粒内部的温度变化用一含有化学反应源项的非稳态热传导方程来描述,以颗粒外表面温度的突跃上升作为可燃粉尘颗粒点燃的着火条件。我们用该模型和ＰＳＩＣ方法,对由中等强度激波从纯气相传入煤粉－氧气混合物而引起的非定常两相流动现象,包括气固两相间的相互作用、粉尘颗粒的加速、加热以及点火过程进行了数值研究,计算了对应于不同载荷比、马赫数为４～５的入射激波后煤尘颗粒的点火延迟时间,分析了由于可燃粉尘颗粒的存在,入射激波及波后气固两相流动参数的变化规律。数值计算结果与实验数据符合较好。文中建立的模型和所用的基于ＰＳＩＣ算法的数值方法,用最自然的方式描述气固两相流动,即用连续流模型（欧拉方程）描述输运相（气相）的流动,用轨道颗粒模型（拉格朗日方程）描述分散相（颗粒相）的运动。用这种方法模拟含尘介质中激波后颗粒的点火是很有效的,它可以清楚地确定哪一个颗粒群最先着火,它的初始位置以及在整个点火延迟时间内     

可燃颗粒悬浮流中的正激波

本文讨论了激波后可燃颗粒点火、燃烧的机制和波后流场的松弛结构,结果表明,点火阶段颗粒外层浓度梯度极大,燃烧速率由非均相化学反应速率决定,而在燃烧阶段,外层的浓度梯度极大,燃烧速率由气体的扩散速率所决定。在考虑管壁效应时,对守恒方程中的能量耗散项作了说明。     

沉积粉尘的激波点火

采用瞬态阴影技术及红外光电传感器技术实验研究了沉积玉米粉的激波点火过程,并对此进行了理论分析。实验与理论分析结果表明,激波掠射沉积粉尘床后,粉尘颗粒先上扬到一定高度后才点火,颗粒的点火延迟时间与激波波前马赫数、气相氧气含量等因素有关。另外,沉积粉尘的激波点火延迟时间比相同条件下的悬浮粉尘激波点火延迟时间长。     

变高度圆柱诱导的激波边界层干扰

采用分区方法及Ｒｏｅ三阶流通量差分分裂格式求解雷诺平均Ｎ－Ｓ方程,湍流附加黏性系数用Ｂａｌｄｗｉｎ－Ｌｏｍａｘ模型计算,数值模拟了高超声速条件下变高度圆柱诱导的激波边界层层干扰,其流场的主要特性均与实验结果一致或规律相同,结果清晰地展示了流场结构以及气动载荷分布随柱高度的变化特征,产说明激波碰撞和旋涡运动都可能导致飞行器表面局部气动载荷的增加。     

收敛柱激波在粉尘气体中的传播

取稀颗粒群气固两相耦合的双流体简化模型,采用高解数值方法研究了收敛柱激波在粉尘气体中的传播和波后流场特性。通过与纯气体情况比较,揭示了固体颗粒出现对收敛柱激波传播特性的影响。     

粉尘云激波点火现象实验研究

利用新型两相激波管成功地研究了中等强度入射激波诱导的均匀悬浮粉尘间断面点火现象。平均直径为１０ｍ的玉米粉尘由流化床均匀地分散在氧气或空气中。悬浮粉尘间断面激波点火过程由纹影法连续拍摄。结果表明：颗粒浓度对点火延迟时间影响不大,空气中的玉米粉尘点火延迟大于氧气中的值,低马赫数激波条件下尤为明显。     

气云爆轰的一维模型

激波作用下,悬浮液谪在高温、高压和高速气流中变形、蒸发、剥离甚至破碎。雾化燃料经过一段延迟时间后点火燃烧释放出大量的能量。这些能量由局部爆炸波所携带,通过碰撞传递给引导微波,从而使气云爆轰波自持。文中提出的气云爆轰的一维模型考虑了上述基本过程,并从理论上推导了点火面和ＣＪ面的判据。通过计算,文中讨论了气云爆轰的松弛结构和影响ＣＪ爆速的因素,爆速的计算值与实验值基本相符。     

激波/边界层相互作用诱导的激波风洞气体污染问题

应用多组分NS方程和频散可控耗散格式(DCD)计算了爆轰驱动激波风洞中反射激波/边界层/接触面的相互作用过程,分析了驱动气体与试验气体在壁面射流作用下的掺混机制及其对风洞试验时间的影响. 为了延长风洞的试验时间,提出在风洞贮室内增设环形隔板,以隔离壁面射流,延长风洞试验时间的方法. 计算结果表明：环形隔板确实可以限制驱动气体与试验气体的过早掺混,显著增加激波风洞的有效试验时间.     

轴对称管口激波绕射诱导的复杂两相流动的数值分析

基于稀颗粒群假定下的双流体简化模型,采用具有高精度、高分辨率的数值方法,研究了粉尘气体中轴对称管口激波绕射诱导的复杂两相流动。得到非平衡两相流动不同于纯气体流动的一些基本物理特征,以及粒子物性参数改变对这些特性的影响。     

球型密闭容器中铝粉爆炸机理的研究

对中心点火球型密闭容器中的铝粉爆炸进行了实验和理论两方面的研究。实验采用２０立升的球。除测量压力外,还通过系踪平均法测试了流场的湍流强度,并利用电子显微镜和Ｘ光衍射仪分析了铝粉及其燃烧后残渣的形状和组分。文中对２０立升和５０立升球型容器中铝粉燃烧的全过程进行了数值模拟。对于可测量的量如压力和压力上升速率,计算结果与实验结果基本相符。基于反应区外质点的熵几乎不变这一事实,对计算获得的参数剖面还进行了理论分析。     

运动激波扫过运动平板的非定常传热问题

本文研究运动激波扫过平板边界层后边界层随时间的演化。首先将霍华斯变换推广到非定常情形并引入相似参数将非定常问题化为有两个前缘的边界层问题。这时抛物型方程是奇异的。在激波附近用奇异摄动法求出级数解,然后用逆风格式数值积分将解延拓到平板前缘。     

微细球形铝粉爆炸特性的实验研究

从工业安全角度出发,在三种不同实验装置上对五种粒度(直径由3～30m)的球形铝粉的爆炸特性进行了全面、系统的实验研究。研究结果主要给出了铝粉在封闭容器的爆炸过程中,其粉末浓度、粒度、含氧量和初始扬尘湍度强度对爆炸后的最大压力升值、最大能量释放率和最低极限着火粉尘浓度的影响。结果表明:铝粉粒度和含氧量是对铝粉爆炸参数有最主要影响的两个因素。     

悬浮RDX炸药和铝颗粒混合粉尘爆轰的数值模拟

采用两相流方法对炸药颗粒直径为20.0 m时与铝颗粒混合物的爆轰波的发展与传播过程及爆轰波参数进行了数值计算。结果表明,在炸药粉尘中加入铝颗粒,可以大大提高爆轰波参数。当铝颗粒直径为3.4 m时,尽管铝颗粒的直径较炸药颗粒直径小,但由于炸药颗粒的点火温度低,二者的点火时间相差不多。如果铝颗粒的直径为7.0 m,由于铝颗粒的点火滞后于炸药颗粒的点火,混合颗粒粉尘中可能形成双波阵面的爆轰波。     

跨声速激波边界层相互作用的被动控制

运用激波管风洞在Ｒ＿（ｅ∞／ｍ＝３×１０￣７,Ｍ＿∞＝０．７３２－０．８１７范围内,在厚度比为１２％的圆弧翼型半模型和厚度比为１４％的超临界翼型半模型上,对被动控制现象及其若干规律进行了实验研究。结果表明,不同空腔深度的开孔壁和导管连通壁均可对壁面激波与边界层的相互作用实现被动控制,使得沿以上两种模型表面的马赫数峰值、逆压力梯度和激波强度明显减小。这对于飞行器将起到减阻作用,如将这一原理和方法用于超、跨声速压气机内激波与边界层相互作用的控制,将提高压气机的效率和工作的稳定性。