后掠机翼低速流动转捩位置的升华法测量

报导了在西北工业大学低湍流度风洞中采用升华法测量后掠翼上表面流动转捩位置及其随攻角变化而改变情况,并参照后掠翼压力分布的实验结果进行分析.本文涉及的升华法,是根据边界层的层流区和湍流区流态差别来判断边界层转捩的一种测量方法.升华法的测量结果表明:在小攻角范围内,转捩位置逐渐提前,当达到某一攻角时,转捩快速接近前缘.这一结果和压力分布的实验结果相吻合,说明升华法能够较准确地显示转捩线位置.由于影响后掠翼转捩位置的因素较多,诸如边界层内横流的不稳定性、壁面的干扰、后掠翼的三维流动效应等,致使出现了攻角为4°时转捩位置呈现出一条斜线的现象.     

曲率对机翼边界层二次失稳影响

采用非线性抛物化扰动方程(NPSE)计算了层流机翼NLF0415(2)在几个工况下横流涡的非线性发展, 应用Floquet理论分析了横流涡的二次失稳. 较系统地分析了后掠机翼在多种参数下表面曲率对其流动稳定性的影响. Haynes证明曲率对于横流在线性稳定性计算(LST)和非线性抛物化扰动方程计算中(NPSE)都起着非常明显的稳定作用; 然而, 该文计算结果表明, 曲率在二次失稳计算中影响不大.      

具有Le_f≠1的反应面理论及其在氧化-升华耦合过程研究中的应用

本文对有质量引射和化学反应的局部相似层流边界层作出反应面理论分析。它导出Le_f≠1情形下的一些传质、传热关系式。作为反应面理论的一个应用,对表面材料的氧化-升华耦合过程进行了研究,阐明了氧化和升华过程从速率控制到扩散控制的过渡机理和转变条件,揭示了速率升华寓于氧化扩散控制区之中这一现象,对石墨驻点烧蚀作了计算,并与实验资料作了比较,两者定量地符合。     

后掠翼被动层流控制研究

基于前缘粗糙元阵列的后掠机翼被动层流控制技术的关键在于控制波长的选择. 从控制波与流场相互作用的物理机制出发, 提出了快速波假设. 使用Mack方法求解三维不可压缩Orr-Sommerfeld方程, 研究了无限展长后掠翼的最佳控制波长的选择问题.对于Saric的实验状态采用定点计算方法验证了8mm为控制波长, 使用自适应搜索方法得到了西北工业大学模型在不同状态下的最佳控制波长, 并通过风洞试验实现了转捩的推迟.提出了丝网印刷添加粗糙元阵列技术与混合溶剂升华法, 丰富了实验手段.      

基于深度神经网络的横流转捩预测

基于深度神经网络DNN构建了从层流流场无量纲速度梯度、流向涡强度等物理量到横流转捩模态下间歇因子间的映射关系,获得一种新的数据驱动转捩模型.通过将数据驱动转捩模型与SST k-ω湍流模型耦合,有效简化了转捩模型输运方程求解,实现高效、准确的亚音速三维边界层横流转捩流场计算. DNN训练数据来自变雷诺数的NLF(2)-0415无限展长后掠翼计算结果,并以两种工况进行测试,数据驱动转捩模型预测精度与γ-Reθ转捩模型近似.将数据驱动转捩模型用于其他典型横流转捩算例的计算,以验证其泛化能力.对于变后掠角的NLF(2)-0415后掠翼,数据驱动转捩模型与γ-Reθt-CF模型预测的转捩位置几乎一致,并且能够预测出后掠角从45°增长到65°的过程中,转捩位置先向前再向后移动的现象;对于标准椭球体,使用低分辨率网格进行计算,数据驱动转捩模型依然能够实现转捩位置预测,对椭球体表面Cf的计算结果与多个平台的横流转捩模型、实验结果基本一致.研究表明,以横流转捩相关物理量作为输入对DNN进行训练,并将获得的数据驱动转捩模型与SST k-ω湍流模型耦合,可以实现对横流转捩的有效预测,且具有较强的泛化能力.数...     

浮力-热毛细对流表面位型研究

将栅线结构光源系统与图像处理技术相结合,形成一种实时诊断浮力-热毛细对流表面形貌的光学测量系统.研究两端带有温差的矩形池内薄层流体的表面变形.应用图像互相关方法对实验结果进行计算和分析,得到了流体表面变形定量的实验结果.实验结果表明了在浮力-热毛细对流的发展过程中,出现流体表面变形,温度梯度、表面张力、浮力、液固亲润问题、以及壁面温度决定了该表面变形大小和变形方向.     

一种新型转捩技术在跨音速风洞中的应用

针对传统金刚砂粗糙带在跨音速增压风洞实验中易脱落、随机误差大等问题,设计一种新型斑点型粗糙带,解决了大动压条件下,在模型表面实现固定转捩的问题。应用萘升华流动显示技术,分析了固定转捩和自由转捩条件下边界层变化情况;由测力实验得到GBM-01(AGARD-B)标准模型不同Ma数下的气动特性, 并与国外大风洞实验数据进行了比较。实验结果表明：新型斑点型粗糙带能够将层流边界层转变为湍流边界层,可以获得具有高雷诺数特点的数据,且强度高,是一种具有广阔应用前景的新型转捩技术。     

超声速多喷流干扰流场特性研究

研究了旋成体上超声速来流与超声速横向多喷流相撞产生的层流干扰流场特性. 数 值方法针对三维可压缩Navier-Stokes方程按二阶精度Roe格式进行离散,采用基于多区对 接网格技术的有限体积法. 数值模拟结果描述了多喷流干扰流场的空间结构以及激波/边界层 干扰引起的分离范围,探讨了沿流向等间距排列的喷口个数对表面和空间流场结构以及压力 分布的影响规律. 结果表明,第一喷口对多喷流干扰流场主要结构和喷口上游表面分离范围 起主导作用. 其中三喷流流场数值模拟的对称面激波结构与实验纹影结果进行对比,符合较 好.     

微纳结构超疏水表面的湍流减阻机理研究

超疏水表面的优异性质使其在现代生活和工业生产中具有十分广泛的潜在应用价值. 本文采用了碳纳米管缠绕技术和聚氟硅氧烷疏水化处理方法制备了具有二级微纳米结构的超疏水表面. 测量了由该超疏水表面构建的槽道中的流动压降,将其与普通表面构建的槽道内的流动压降进行比较,发现在层流情况下,流动阻力减小最多达到了22.8%. 在湍流的情况下,超疏水表面的减阻比例约为53.3%,减阻效果比层流更加明显.利用PIV (particle image velocimetry) 技术测量了具有超疏水表面的槽道内的速度场,通过超疏水表面速度滑移和湍动脉动场信息,分析了湍流减阻效果比层流更加明显的物理机制.     

深槽表面气体静压润滑低Reynolds数层流节流效应实验研究

气体介质在润滑间隙流动过程中,沿气体流动方向开设的表面矩形深槽结构内部产生旋涡阻碍气体流动,形成节流效应.通过矩形深沟槽表面静压润滑实验,开展深槽表面和光滑表面的流量特性对比测试,研究了低Reynolds数层流状态下深槽表面间隙的气体节流效应.结果表明:深槽表面产生显著的节流效应,并且随Reynolds数增加而增强;在低Reynolds数层流状态下,深槽表面可以产生节流效应,但是节流效应强度不稳定,当处于完全湍流状态时,节流效应维持定值;间隙尺寸、槽深等结构参数对节流效应影响明显.     

低湍流度风洞中湍流度对平板边界层转捩影响的试验研究

本文报告了在西北工业大学壁低流度风洞中进行了平板边界层转捩试验研究的简况及初步结果，试验湍流度为０．０２％、０．１％及０．３３％，用恒温热线风速仪测量时均速度型，求得边界层沿流向的位移厚度分布，并用示波器观察速度脉动脉形变化，从而确定起始转捩点和完全转捩点位置。结果表明，转捩的规律性和国外经典结果极为吻合。     

Comparison of turbulence length scales assessed with three measurement systems in increasingly complex turbulent flows

This paper proposes to compare turbulence length scales measured with three different experimental systems commonly used in aerodynamic measurements, namely hot wire anemometer, Laser Doppler Velocimetry and Particle Image Velocimetry, using turn-key systems from Dantec and TSI, and for three different turbulent flows: a homogeneous and isotropic turbulent flow, a homogeneous shear flow and the wake of a porous disc.This study will show that Taylor macro scale assessment is not clearly dependent on the experimental system used, except for nonconstant shear, where the measurement volume size seems to be a critical parameter. On the other hand, Taylor micro-scale is highly dependent on the space or time resolution of the correlation and on the presence of random measurement noise. Among the three systems, only the hot wire anemometer seems to provide the right requirements to properly assess the Taylor micro-scale.     

壁湍流扩展的自相似标度律的实验研究

对风洞中零压力梯度平板湍流边界层进行了实验研究，用热线风速仪测量了不同法向位置的脉动速度，研究了湍流边界层不同法向位置速度结构函数的扩展的自相似标度律。     

Measurements and treatment of LDA signals, comparison with hot-wire signals

 An experimental investigation was carried out in the wind tunnel F2 of the ONERA Fauga centre for the measurement of the characteristics of a turbulent wake behind a wing. As these measurements require the calculation of time and space correlations, two different types of acquisition means are used : a pair of crossed hot wires and a one-dimensional laser-Doppler anemometer. The non-intrusive characteristics of laser anemometry allow the measurement of fluid velocity upstream of a hot wire probe without disrupting the flow. It is well known that LDA generates individual realisations of randomly sampled velocity data because the random arrival of seeding particles in the measurement volume is nonperiodic. A detailed study of this random sampling quantifies the deviations from the theoretical lows, shows the limiting factors of this sampling, and gives a characterisation of the particles arrival law. The simultaneous acquisition of the two velocity signals at very close points allows a good comparison between the signals. A statistical analysis of the two signals enables us to precisely measure the error value of the velocity estimation made by the anemometer. The spectrum analysis of the laser signal coupled with one of the hot wire signals requires resampling the signal at constant steps. Two different methods of interpolation are analysed: the sample and hold interpolation method and the linear interpolation method. The influence of these interpolation methods on the spectrum of LDA signals is studied. Different estimators are then calculated to evaluate the convection velocities and the coherence length of the turbulence. Received: 9 December 1997/Accepted: 19 March 1999     

壁湍流温度扩展的自相似性及其层次结构模型

用热线风速仪测量了风洞中壁面加热平板湍流边界层不同法向位置的温度信号,研究了温度结构函数扩展的自相似性及其层次结构模型与湍流平均流场的非均匀性的关系。     

级环境下叶片扩压器流场的实验与数值研究

为了研究离心压缩机级环境下的非定常干扰的基本流动现象,并验证多级叶轮机械的CFD软件的分析能力, 对一大尺度离心压缩机的叶片扩压器流场进行了实验测量和数值计算. 实验采用了固定热线、相位锁定------系综平均技术,用常温热线风速仪对叶轮后的叶片扩压器通道内不同周向、径向和轴向位置处的非定常速度进行了测量,同时提出了非定常强度的概念,以定量考核非定常的影响.实验结果表明, 叶片扩压器内的非定常流动非常复杂,其时间周期并非叶轮叶片通过时间,随着与离心叶轮之间的距离增大,非定常扰动逐渐减弱,但一直延续到叶片扩压器的出口.另外,对该实验压缩机级开展了两个不同的数值计算,并与实验数据进行了比较：定常数值计算软件采用了作者发展的确定应力模型,非定常数值计算是用商业软件NUMECA实现的,计算采用了滑移界面技术. 两个计算结果与实验在扩压器的进口截面处吻合得很好.     

An anemometer for highly turbulent or recirculating flows

An anemometer which determines flow velocity by ionizing air and sensing the convective displacement of the ions is described. It is suited to measurement in low speed, highly unsteady gas flows. Comparisons to hot wire spectra suggest the corona anemometer has adequate frequency response to make it a useful tool for fluid dynamics measurement.     

用平均速度剖面法测量壁湍流摩擦阻力

用IFA300恒温热线风速仪精细测量风洞中不同雷诺数流动条件下的平板湍流边界层近壁区域对数律平均速度剖面．利用平板湍流边界层近壁区域的对数律平均速度剖面与壁面摩擦速度、流体黏性系数等内尺度物理量的关系和壁面摩擦速度与壁面摩擦切应力的关系，在准确测量平板湍流边界层近壁区域对数律平均速度剖面的基础上，测量平板湍流边界层的壁面摩擦阻力．实现了平板湍流边界层壁面摩擦阻力的无干扰或微小干扰测量．该种方法操作简便，不需要在流场中安装测力天平、传感器等复杂的测量装置，不需要对湍流边界层的壁面进行破坏，不会影响湍流边界层壁面附近区域原有的流场条件，是一种切实可行的测量平板湍流边界层壁面摩擦阻力的简便方法．     

壁面加热湍流相干结构的实验研究

用热线风速仪测量了风洞中壁面加热平板湍流边界层不同法向位置的流向脉动速度,用条件采样方法中的m-u-level法和VITA法研究了壁面加热对壁湍流相干结构猝发条件平均波形的影响,发现壁面另热能够提高猝发强度,缩短喷射时间,使一次猝发中出现多次喷射事件的现象明显增多,增强猝发的间歇性。     

Flow distortion in flux measurements with IMST/SA-CNRS Lyman-alpha hygrometer

A Lyman-alpha hygrometer with a reduced sampling volume has been developed in order to measure small-scale, fast fluctuations of humidity in laboratory. It is combined with an X-wire anemometer probe to measure the local value of the turbulent flux or with a resistant wire temperature probe to measure humidity-temperature mixed statistics. In order to determine the influence of the flow distortion by the probe itself on these measurements, the structure of the flow is investigated experimentally both inside the hygrometer sampling volume and at the location of the velocity or temperature probe. This investigation includes flow visualizations, measurements with a single hot wire in a calibration tunnel and measurements with a X-wire probe and a temperature resistance wire probe in a large turbulent boundary layer.