基于TDLAS的层析成像技术TDLAT

可调谐二极管吸收光谱技术（tunable diode laser absorption spectroscopy,TDLAS）已成为超声速燃烧的重要测量手段之一. 为提高其空间分辨能力,需发展基于TDLAS,结合层析成像术的二维断层成像术（tunablediode laser absorption tomography, TDLAT）. 设计了一套基于6 平行光束-旋转测量的新型TDLAT 系统,吸收波长为7 185.6 cm-1 和7 444.3 cm-1 双线,采用分时-直接吸收探测策略. 重建中,使用代数重建算法,先分别反演计算两吸收线的吸收率和吸收比分布,再获得温度和浓度分布. 利用该系统,在CH₄/Air 预混平面燃烧炉上开展初步验证试验. 结果表明,TDLAT 系统可以反演出温度和浓度分布特征,反演的温度分布结果与热电偶测量值吻合较好. 进一步改进该系统,可用于超燃直连台中,测量燃烧室出口气流的温度和组分浓度分布.      

基于TDLAS的层析成像技术TDLAT简

可调谐二极管吸收光谱技术（tunable diode laser absorption spectroscopy，TDLAS）已成为超声速燃烧的重要测量手段之一. 为提高其空间分辨能力，需发展基于TDLAS，结合层析成像术的二维断层成像术（tunablediode laser absorption tomography, TDLAT）. 设计了一套基于6 平行光束-旋转测量的新型TDLAT 系统，吸收波长为7 185.6 cm^-1 和7 444.3 cm^-1 双线，采用分时-直接吸收探测策略. 重建中，使用代数重建算法，先分别反演计算两吸收线的吸收率和吸收比分布，再获得温度和浓度分布. 利用该系统，在CH₄/Air 预混平面燃烧炉上开展初步验证试验. 结果表明，TDLAT 系统可以反演出温度和浓度分布特征，反演的温度分布结果与热电偶测量值吻合较好. 进一步改进该系统，可用于超燃直连台中，测量燃烧室出口气流的温度和组分浓度分布.     

双模态发动机的模态鉴别方法

双模态冲压发动机的不同燃烧模态具有不同的稳焰机制和流态特征,并且在模态转换时伴随着显著的推力变化. 因此,准确判断燃烧模态,对于捕捉发动机的燃烧区位置/范围、释热分布特征,以及为进一步优化燃烧室的设计(流道结构和供油布局) 具有重要意义. 目前尚无鉴别模态的有效试验方法,本文提出了一种模态鉴别的试验方法,并在超燃直连台上开展验证试验. 试验中使用的测量技术包括:壁面静压、高速阴影/纹影、多通道可调谐二极管吸收光谱和高能态碳氢自由基CH* 自发光成像. 利用多种测量方法的组合,可以同时获得燃烧室中气流静温、速度、马赫数分布,释热分布以及燃烧区位置/范围. 这些试验数据能够用于判别模态,并获得不同模态的流动和火焰特征.      

飞机环控系统气固两相流动力特性研究

飞机环控系统目前面临的主要问题之一是大气中颗粒物的危害,一方面影响环控系统的供气品质;另一方面会堵塞、磨损环控系统中的元器件。本文基于气固两相流动数值模拟方法,对飞机环控系统中颗粒物的动力特性进行了研究。通过与飞机环控系统中几条主管路颗粒沉降率的已有实测数据进行对比,验证了离散相模型对颗粒沉降模拟的有效性。在此基础上,对颗粒沉降特性影响因素进行了研究,发现:不同粒径的颗粒物沿管高度方向的速度分布基本一致,但浓度分布却差异显著;颗粒浓度对沉降率基本无影响;不同气流速度下,所获得的固相速度分布型式基本一致,属于极值分布的类型;管长影响出口颗粒浓度分布,管道越长,出口截面上颗粒分布越集中于管底;方管与圆管相比,管线上沉降了更多的颗粒。     

节水水嘴起泡器气液两相流数值模拟

为了研究节水水嘴起泡器内部两相流的流动规律,采用Fluent软件对其内部流场进行数值模拟.根据起泡器内部流场的流动特性,采用欧拉两相流模型以及RNG(re—normalization group)κ-ε湍流模型,分析起泡器出口截面气液两相体积分数和速度的分布特点.结果表明:增大入口水流速度可以加快分散出口截面气液两相的分布,缩短流体流动的稳定时间;整流网具有分散流体,降低流速的作用;错开整流网相邻层之间的网格可以改善出口截面的液相分布;本模型中整流网采用三层网格达到较好的出水效果.     

一个设计收缩管道的方法

本文根据不可压轴对称(及平面)势流场内存在可分离变量形式的流函数解,提出了一种新的轴向速度分布函数,在很宽的收缩比条件下有效地缩短了管道长度,并保证了管道入口附近管壁上逆压梯度很小,出口截面上的气流均匀性与平行性较优,在流场内气流不发生分离.应用本文方法计算的曲线建造了有扁八角形收缩段的模型风洞,收缩比为13.025.理论计算与实验结果符合较好.实验结果表明:在这种情况下逆压梯度很小,未观察到可见的分离区,在入口、出口及壁面上速度分布满意,出口处最大速度不均匀度小于0.4％.     

旋转爆震燃烧室轴向和周向长度对其出口流场压力和温度的影响

为了研究旋转爆震燃烧室与涡轮的匹配特性,利用二维欧拉方程数值研究了基于当量H₂/Air燃烧的旋转爆震燃烧室出口流场特性,对比分析了不同燃烧室轴向长度和周向长度出口总压脉动、总压畸变以及出口温度分布规律。结果表明:旋转爆震燃烧室在稳定工作状态下,其出口总压的脉动值会呈现周期性振荡;燃烧室尺度对发动机出口流场的不均匀性有很大影响,随着燃烧室轴向长度的增大或周向尺寸的减小,其出口总压脉动均值、畸变指数和出口温度分布系数均会减小,其出口流场均匀性提高。此外,爆震波高度随着周向尺寸的增大而增大;轴向尺寸对爆震波高度几乎不产生影响。     

S形管道中三元粘性气流的分析和数字解

本文给出了矩形截面的s形弯曲管道中气流的三元紊流数学分析和对不可压缩情况进行的数字解结果。研究中将三元粘性紊流看作半抛物线形式。在所取的正交曲线坐标下进行数字计算时,能将方程式方便地从s形管道第一弯段的气流转换到第二弯段。因而可使每次迭代从s管道的进口算到出口。本文中应用了两微分方程的紊流模型,即紊流动能与它的耗散率。计算得到的壁面静压分布及出口截面的静压和三向速度分布与实验数据作了比较,结果是满意的。     

燃煤系统测量中的非接触诊断技术

我们综述了适用于燃煤系统测量的非接触诊断技术。就地测量需要在光学不透明的二相或三相系统中使用具有高透入深度的方法。可用的非接触法对测量原子组分是有效的。声学技术和微波技术已经得到应用,并提供了有关固相质量流量、温度、速度和物质浓度的数据。尚未获得为实现实时过程控制或燃烧室放大所需的燃烧室模拟数据,故需发展一些像X线、微波或长波红外线层析照相术等新的诊断手段。      

高马赫数燃烧强化的激波风洞试验研究

基于中国科学院力学研究所的JF-24激波风洞, 通过开展高马赫数超燃冲压发动机的直连试验, 研究了高马赫数燃烧的强化方法以及燃料类型对燃烧的影响. 试验段是采用凹腔结构的圆截面燃烧室, 喷孔布置在隔离段, 燃料分别是氢气和乙烯, 当量比均为0.7. 燃料喷注分别采用无支板和小支板两种构型, 后者部分喷孔位于小支板顶部. 两种构型均设置了流向近距双排喷孔, 可分别进行单环和双环喷注. 试验结果论证了飞行马赫数10.0条件下氢气和乙烯在超高速气流中的稳定燃烧性能. 并且, 相比于单环喷注, 双环喷注以及补充小支板可以强化燃烧. 推测其原因是双环射流和激波/分离结构的近距离交互作用很可能改善掺混, 而补充小支板顶部喷注还能利用更多空气组织掺混. 在同样采用双环耦合小支板顶部喷注的强化措施下, 氢气与乙烯燃烧效率接近, 但氢推力性能更优. 这是因为较高热值氢的释热更多. 此外, 试验还证明了在当前来流条件下, 释热受控于掺混, 且高温离解效应限制释热上限. 这是由于释热降低流速且提高静温, 使高温离解的吸热效应更加显著.      

截尾Gauss概率密度函数的性质及待定参数的求解

截尾Gauss 分布是湍流燃烧中常用的一种瞬时标量概率密度函数形式,但其中的待定参数较难以计算. 本文对截尾Gauss 分布进行了理论分析,获得了截尾Gauss 分布的若干性质. 表明当标量脉动均方值(g) 较大时,待定参数μ和σ之间呈线性关系,这使得求解待定参数的方程组退化为包含单一变量的方程. 在一般的g 取值条件下,通过提取标量平均值(f) 的等值线并沿其进行插值,可快速地求解出不同f与g 值下的待定参数μ和σ,并建立了相应的表格.     

Comparison of Combustion Models and Assessment of Their Applicability to the Simulation of Premixed Turbulent Combustion in IC-Engines

In order to simulate the turbulent combustion process occurring in spark-ignition (IC) engines, it is necessary to provide suitable and numerically economical models, the latter being particularly important in the application to industrial problems. Moreover, these models must deliver sufficiently accurate results for the unsteady operation of spark combustion engines, concerning variable geometries, temperatures, pressures and charge development in different configurations. In this work different turbulent combustion models for premixed hydrocarbon combustion are compared with respect to their ability to accurately predict the propagation of turbulent perfectly premixed flames. As a first configuration a cylinder of constant volume was studied. Transient calculations were used to simulate the propagation of the turbulent flame and to evaluate the resulting turbulent burning velocity. These calculations were performed for a perfect mixture of air and hydrocarbons at stoichiometric mixture and different initial conditions concerning pressure, temperature and turbulence intensity. As a second configuration a stationary turbulent bunsen-type flame with methane fuel was used to validate the turbulent combustion model of [Lindstedt and Vaos, Combust. Flame 116 (1999) 461] at different pressures. Calculated results were then compared to experimental data of [Kobayashi, Tamura, Maruta and Niioka. In: Proceedings of the 26th Symposium on Combustion, 1996, p. 389] and show excellent agreement for the turbulent burning velocity at several pressure levels using only a single set of model parameters.     

截尾Gauss概率密度函数中待定参数的确定

给出一种计算描述标量湍流脉动的截尾Gauss概率密度函数的待定参数的方法. 通过将关于待定参数的代数方程组表示成适于求解的形式，综合应用牛顿法、牛顿下山法和阻尼牛顿法等迭代算法，并恰当地选取待定参数的迭代初值，获得了在标量平均值及其脉动均方值的各种取值条件下待定参数的相应数值.     

小肠内药物分布与吸收模型的解析解

Y.Miyamoto等人根据小肠的生理和解剖特点,忽略小肠的固有运动对药物分布与吸收的影响,提出了肠内药物分布与吸收的二维层流、可渗壁多孔圆管模型。他们应用数值方法进行了计算。本文给出了包括灭活作用在内的上述模型的稳态解析解。所得结果与他们的数值解是一致的。解析解揭示了模型中各生理参数之间的相互关系,刻划了药物和营养物通过肠壁吸收规律,为在体实验测定肠壁对药物和营养物的渗透和反射系数提供了理论分析基础。同时从理论上证明了一些极为重要的结论。     

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。     

Supersonic combustion and hypersonic propulsion

50 多年的努力和曲折经历证明了超声速燃烧冲压发动机概念的可行性. 本文对影响超燃冲压发动机技术成熟的主要因素作了扼要的分析. 高超声速推进的首要问题是净推力, 利用超声速燃烧获得推力遇到各种实际问题的制约, 它们往往互相牵制. 几次飞行试验表明高超声速飞行需要的发动机净推力仍差强人意, 液体碳氢燃料(煤油) 超燃冲压发动机在飞行马赫数5 上下的加速和模态转换过程, 成为高超声速吸气式推进继续发展的瓶颈. 研究表明, 利用吸热碳氢燃料不仅是发动机冷却的需要也是提高发动机推力和性能的关键举措, 燃料吸热后物性改变对燃烧性能的附加贡献对超燃冲压发动机的净推力至关重要.当前, 实验模拟技术和测量技术相对地落后, 无法对环境、尺寸和试验时间做到完全的模拟. 计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics, CFD) 逐渐成为除实验以外唯一可用的工具, 然而, 超声速燃烧的数值模拟遇到湍流和化学反应动力学的双重困难. 影响对发动机的性能作正确可靠的评估.提出双模态超燃冲压发动机模态转换、吸热碳氢燃料主动冷却燃料催化裂解与超声速燃烧耦合、燃烧稳定性、实验模拟技术与装置、内流场特性和发动机性能测量、数值模拟中的湍流模型、煤油替代燃料及简化机理等研究前沿课题, 和未来5~10 年重点发展方向的建议.     

An analytical solution for the model of drug distribution and absorption in small intestine

According to the physiological and anatomical characteristics of small intestine, neglecting the effect of its motility on the distribution and absorption of drug and nutrient, Y. Miyamoto et al.^[1] proposed a model of two-dimensional laminar flow in a circular porous tube with permeable wall and calculated the concentration profile of drug by numerical analysis. In this paper, we give a steady state analytical solution of the above model including deactivation term. The obtained results are in agreement with the results of their numerical analysis. Moreover the analytical solution presented in this paper reveals the relation among the physiological parameters of the model and describes the basic absorption rule of drug and nutrient through the intestinal wall and hence provides a theoretical basis for determining the permeability and reflection coefficient through in situ experiments. The project supported by NSF of Shandong Province     

非牛顿流体在渐变管中压力和剪切应力的二次摄动解

本文利用双摄动方法求解缓慢变化管道中Johnson-Segalman(J-S)流体流动的渐近解．将管道的扩张（或收缩）角度和粘弹性参数分别作为双摄动的参数，由流函数和涡量函数的形式，推导出压力和壁面剪切应力的渐近解．在此基础上，分析了管道角度，粘弹性参数和雷诺数等参数对压力以及剪切力影响．主要结论如下：(1) 管道扩张角度增加时，流向同一位置处径向压力以及壁面剪切应力随扩张角度减小；(2) 在同一扩张管道中，径向压力随着流向位移减小，收缩管与之相反；(3) 扩张角度与雷诺数对流场起主导作用，粘弹性系数起次要作用．