激波与涡对相互作用的实验研究

在方截面激波管中进行了平面运动激波和涡对的二维相互作用实验，研究了激波与同向涡对、激波与反向涡对相互作用的非定常过程．根据实验照片，分析讨论了作用过程中激波的变形，二次激波和三波点的形成、演变，激波与激波的相互作用，以及旋涡结构的变化等．实验表明，激波通过涡核时，激波发生剧烈变形，旋涡强度增大，涡核形状改变．     

可压缩流向涡与激波轴对称干扰的数值模拟

用ＮＳ方程数值模拟了可压缩流向涡和激波轴对称相互作用现象．数值模拟包括定常和非定常两种情况,计算结果分别与相应的实验进行了比较．结果表明数值模拟成功地捕捉到了激波和旋涡相互作用过程中发生的激波波面变形,激波振荡,涡核变大以及激波波后出现驻点、回流区等流场特征．提出了判断流向涡与运动激波相互作用中旋涡破碎的准则     

斜激波和可压缩流向涡相互作用的实验观察

激波和可压缩流向涡相互作用现象近年来成为流体力学研究中的一个热点。本文在激波风洞中研究了可压缩流向涡与斜激波相互作用的现象。实验发现,相互作用后激波和旋涡均发生不同程度变形,但旋涡未发生明显破碎。并且发现在干扰点附近,从涡核发出一束膨胀波,这些膨胀波与斜激波作用,使得激波干扰后发生弯曲。     

可压缩流向涡与激波轴对称干扰的数值模拟1)

用NS方程数值模拟了可压缩流向涡和激波轴对称相互作用现象.数值模拟包括定常和非定常两种情况,计算结果分别与相应的实验进行了比较.结果表明数值模拟成功地捕捉到了激波和旋涡相互作用过程中发生的激波波面变形,激波振荡,涡核变大以及激波波后出现驻点、回流区等流场特征.提出了判断流向涡与运动激波相互作用中旋涡破碎的准则.     

可压缩流向涡与激波轴对称干扰的数值模拟

用ＮＳ方程数值模拟了可压缩流向涡和激波轴对称相互作用现象。数值模拟包括定常和非定常两种情况,计算结果分别与相应的实验进行了比较,结果表明数值模拟成功地捕捉到了激波和旋涡相互作用过程中发生的激波波面变形,激波振荡,涡核变大以及激波波后出现驻点、回流区等流场特征。提出了判断流向涡与运动激波相互作用中旋涡破碎的准则。     

绕射激波和反射激波作用下N_2/SF_6界面R-M不稳定性实验研究

利用高速纹影测试实验研究低马赫数入射激波绕圆柱体后冲击N2/SF6平面界面,以及来自固壁的反射激波再冲击过程的(Richmyer--Meshkov,R--M)不稳定性特征.与平面激波作用不同的是,绕射后的激波会在界面处生成局部扰动.实验结果显示,入射激波作用下界面宽度增长缓慢,而反射激波再冲击后,局部扰动会产生大的"尖钉"和"气泡"结构;以及反射激波与边界层相互作用产生壁面涡,它们会加剧湍流混合区的增长;实验中反射激波过后混合区增长率不十分依赖于波前状态,增长规律同Mikaelian模型较吻合;来自尾部固壁的反射稀疏波会再次加剧湍流混合区的增长.     

抽吸激波管的性能分析与计算

为了减小由于反射激波和透射激波分叉引起的反射型激波风洞试验气体提前受到污染的现象,本文研究了一种新的具有抽吸的激波管流动,分析了抽吸缝的作用,给出了这种抽吸激波管性能参数的计算方法,同时还给出了反射激波与边界层相互作用引起的激波分叉的形状随抽吸量变化的计算公式。实验证实了边界层抽吸可以有效地减小激波与壁面边界层相互作用所产生的分离现象。计算与测量结果是一致的。     

脉冲激光等离子体与正激波相互作用的PIV实验研究

脉冲激光等离子体与超声速流场相互作用在飞行器减阻隔热、点火助燃等方面具有重要的应用价值.纹影实验方法只能定性或半定量地反映流动状态.为定量研究速度分布和旋涡结构,针对激光等离子体及其与正激波相互作用过程开展粒子图像测速PIV实验研究.在激波管实验平台上建立了纳秒脉冲激光能量沉积系统和PIV测量系统,通过定量测量,探明了激光等离子体引致的激光空气泡以及热核的流动特性,揭示了激光等离子体在正激波冲击下的流动特性与演化规律,并给出了激光能量大小和位置对相互作用过程的影响.结果表明:激光空气泡内的速度分布在激光入射方向上并不关于击穿点对称,而是在靠近激光入射方向一侧的流速略大于远离激光入射方向一侧;斜压导致热核在演化初期产生涡环,后期则由剪切主导;正激波与激光空气泡界面、热核界面相互作用时,产生斜压涡量,当激光能量为87.8 mJ、正激波马赫数1.4时,热核在正激波作用下产生的涡量比在静止空气中演化时大1个数量级;激光与正激波相互作用的关键过程是热核在正激波冲击下演化成涡环,在激波波前注入激光能量能够获得更加显著的涡环.     

反射激波冲击重气柱的RM不稳定性数值研究

数值研究了二维气柱在入射激波以及反射激波作用下的Richtmyer-Meshkov(RM)不稳定性发展规律, 采用有限体积法结合网格自 适应技术的VAS2D程序, 精确刻画激波和界面的演化. 入射平面激波的马赫数为1.2, 气柱界面内气体为六氟化硫(SF₆), 环境气体为空气, 激波管的尾端为固壁. 通过改变气柱与尾端之间的距离调节反射激波再次作用已经变形的气柱的时间, 获得不同时刻下已经变形的气柱形态、界面尺寸以及环量演化受到反射激波的影响. 结果表明, 反射激波再次作用气柱时, 气柱所处发展阶段不同, 界面演化规律以及环量随时间的变化也不相同, 反射激波与气柱相互作用过程中的涡量产生和分布与无反射情况差异较大, 揭示了不同情况下界面演化的物理机理.     

一种新的运动激波--非定常边界层相互干扰现象

本文探讨了一种新的激波－非定常边界层相互干扰现象，这种激波－边界层干扰现象既不同于定常激波－边界层干扰现象，又不同于激波在端面反射后与该激波所诱导的边界层之间的干扰现象，而是运动激波与稀疏波和第一激波所诱导的非这常边界层之间的干扰现象，本文对这种现象用微波动力学理论进行分析，并把这种干扰现象看成激波的绕射现象，同时在稀疏波破膜的双驱动激波管中进行实验观察，最后把理论分析与实验观察进行了比较。     

Interaction of a Streamwise Vortex with an Oblique Shock Wave

Interaction of a supersonic streamwise vortex with an oblique shock wave is considered. A mathematical model of the streamwise vortex is constructed. Three interaction regimes (weak, moderate, and strong) are found. It is shown numerically that vortex breakdown is possible in the case of strong interaction. The influence of the governing parameters on the interaction type is studied. It is shown that the main effect on the interaction type is exerted by the streamwise velocity and angle of the wedge forming the shock wave. The effect of splitting of the primary vortex on the shock wave in the case of moderate and strong interaction regimes is found.     

反射激波作用重气柱的Richtmyer-Meshkov不稳定性的实验研究

采用高速摄影结合激光片光源技术,研究了反射激波冲击空气环境中重气体(SF₆)气柱的Richtmyer-Meshkov不稳定性。通过在横式激波管试验段采用可移动反射端壁获得不同反射距离,实现了反射激波在不同时刻二次冲击处于演化中后期的气柱界面,得到了不同的界面演化规律。反射距离较小时,斜压机制对气柱界面形态演化的影响显著,界面衍生出二次涡对结构;反射距离较大时,压力扰动机制的影响显著,界面在流向上被明显地压缩,没有形成明显的涡结构。由气柱界面形态的时间演化图像得到了界面位置和整体尺度随时间的变化,对反射激波作用后气柱界面的演化进行了量化分析。     

Some aspects of streamwise vortex behavior during oblique shock wave/vortex interaction

An experimental study of the flowfield generated by the interaction of a streamwise vortex having a strong wake-type axial Mach number profile and a two-dimensional oblique shock wave was conducted in a Mach 2.49 flow. The experiments were aimed at investigating the dynamics of supersonic vortex distortion and to study downstream behavior of a streamwise vortex during a strong shock wave/vortex encounter. The experiments involved positioning an oblique shock generator in the form of a two-dimensional wedge downstream of a semi-span, vortex generator wing section so that the wing-tip vortex interacted with the otherwise planar oblique shock wave. Planar laser sheet visualizations of the flowfield indicated an expansion of the vortex core in crossing a spherically blunt-nose shock front. The maximum vortex core diameter occurred at a distance of 12.7 mm downstream of the wedge leading edge where the vortex had a core diameter of more than double its undisturbed value. At distances further downstream the vortex core diameter remained nearly constant, while it appeared to become more diffused at distances far from the wedge leading edge. Measurements of vortex trajectory revealed that the vortex convected in the freestream direction immediately downstream of the bulged-forward shock structure, while it traveled parallel to the wedge surface at distances further downstream. The turbulent distorted vortex structure which formed as a result of the interaction, was found to be sensitive to downstream disturbances in a manner consistent with incompressible vortex breakdown. Physical arguments are presented to relate behavior of streamwise vortices during oblique and normal shock wave interactions. Received 7 September 1996 / Accepted 10 February 1998     

The shock–vortex interaction patterns affected by vortex flow regime and vortex models

We have used a third-order essentially non-oscillatory method to obtain numerical shadowgraphs for investigation of shock–vortex interaction patterns. To search different interaction patterns, we have tested two vortex models (the composite vortex model and the Taylor vortex model) and as many as 47 parametric data sets. By shock–vortex interaction, the impinging shock is deformed to a S-shape with leading and lagging parts of the shock. The vortex flow is locally accelerated by the leading shock and locally decelerated by the lagging shock, having a severely elongated vortex core with two vertices. When the leading shock escapes the vortex, implosion effect creates a high pressure in the vertex area where the flow had been most expanded. This compressed region spreads in time with two frontal waves, an induced expansion wave and an induced compression wave. They are subsonic waves when the shock–vortex interaction is weak but become supersonic waves for strong interactions. Under a intermediate interaction, however, an induced shock wave is first developed where flow speed is supersonic but is dissipated where the incoming flow is subsonic. We have identified three different interaction patterns that depend on the vortex flow regime characterized by the shock–vortex interaction.      

数值研究激波与旋涡的相互作用

从非定常形式的Euler方程出发,数值模拟了运动激波与旋涡相互作用的非定常流动过程。为保证激波具有较高的分辨率,采用对称型TVD格式进行了数值计算。结果表明。这样可以有效地模拟流场中一些复杂的流动现象,如激波变形、激波分叉和三波点的形成,以及旋涡结构的变化过程等,并与已有的实验流动显示相符良好。同时,也是对TVD格式求解这类问题的一次初步尝试。     

STUDY ON THE FUEL AIR MIXING INDUCED BY A SHOCK WAVE PROPAGATING INTO A H_2-AIR INTERFACE

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＴｈｅｆｕｅｌａｉｒｍｉｘｉｎｇｉｎａｓｈｅａｒｌａｙｅｒｆｌｏｗｉｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｐｒｏｂｌｅｍｉｎｓｔｕｄｙｉｎｇｃｏｍｐｒｅｓｓｉｂｌｅｆｌｏｗａｎｄｓｕｐｅｒｓｏｎｉｃｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ ,ｓｕｃｈａｓｆｕｅｌｄｉｆｆｕｓｉｏｎａｎｄｍｉｘｉｎｇｉｎａＳｃｒａｍｊｅｔ[1].Ｒｏｓｈｋｏ[2 ]ｓｔｕｄｉｅｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｌｙｔｈｅｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎｏｆｆｕｅｌａｉｒｍｉｘｉｎｇｉｎａｓｕｂｓｏｎｉｃｓｈｅａｒｆｌｏｗａｎｄｆｏｕｎｄｌａｒｇｅ ,ｃｏｈ…