基于激光的燃烧场温度诊断方法综述

在燃烧相关的研究中，温度场、速度场、组分场、压力场的时空分布特性非常重要.为了计算热传导、热对流和热辐射或捕捉火焰区域，最直接的方法是获取燃烧场的温度.近年来，基于激光的非接触诊断技术快速发展，Rayleigh散射温度测量、激光诱导荧光、激光诱导磷光、Raman散射测温法、相干反Stokes Raman散射、简并四波混频、可调谐二极管激光吸收光谱等技术已经被成功地应用在温度诊断研究中.文章综述了上述激光测温技术的基本工作原理和应用条件，为从事相关领域工作的研究人员提供一定的参考.      

不同压力下介质阻挡放电等离子体诱导流场演化的实验研究

采用粒子图像测速技术, 获得了不同环境压力下介质阻挡放电等离子体诱导流场启动涡随时间的演化规律和诱导流场分布的变化规律. 实验表明: 不同环境压力下, 诱导流场都会出现启动涡, 压力较高, 启动涡逐渐向右即向植入电极一侧扩散并最终消失, 扩散速度随时间递减, 压力较小, 诱导漩涡不会随放电时间的增大而消失; 环境压力减小, 等离子体诱导流场的启动时间减小, 诱导流场的法向分量增强、横向分量减弱, 诱导流线形状的变化规律是:L→U→V, L 型流线没有诱导漩涡, U 型流线有两个诱导旋涡, 分别分布在U 型凹槽和右侧, V 型流线有一个诱导漩涡, 分布在V 中间. 关键词： 介质阻挡放电 诱导流场 启动涡 演化     

临近空间螺旋桨叶素非定常等离子体增效实验研究

基于等离子体诱导射流雷诺相似原则和螺旋桨叶素理论,开展了螺旋桨叶素地面风洞实验,比较了定常与非定常两种激励模式对螺旋桨拉力的影响,以及非定常模式下占空比、频率的影响。结果表明：相同电压幅值下,定常模式对螺旋桨拉力增效为9.8%,非定常模式对螺旋桨增效大于定常模式,非定常模式下最大增效 20.4%。螺旋桨桨叶相对半径在0.4 与0.85 之间时,非定常等离子体流动控制对螺旋桨叶素拉力增效较好,将等离子体激励器布置在桨叶相对半径0.4 与0.85 之间可提高能量利用率。相同重复频率下,螺旋桨增效随着占空比的减小而增大,占空比为10%时,增效最大。相同占空比下,重复频率存在一个最优值,频率为30Hz 时,等离子体对螺旋桨的增效最大。     

偏二甲肼有机凝胶液滴蒸发燃烧模型展望

有机凝胶推进剂兼具有固体和液体推进剂的优点, 但其液滴在着火燃烧过程出现了剧烈的膨胀-爆裂及火焰扰动现象, 明显不同于常规液体液滴准稳态蒸发燃烧现象, 影响了凝胶液体火箭发动机喷雾燃烧流场及其优化设计工作.根据偏二甲肼(UDMH)有机凝胶液滴着火燃烧过程的内部非稳态蒸发特性及其微观分子结构, 提出了非稳态多组分蒸发模型、界面追踪多相流蒸发模型、离散元多相流蒸发模型三种有机凝胶液滴液相蒸发模型, 重点发展并实现了其中的非稳态多组分蒸发模型, 详细分析了后两种多相流蒸发模型所需的技术储备. 然后针对静止及对流气相环境下的UDMH有机凝胶液滴, 提出了分别采用有限速率化学反应模型、相容性层流火焰面模型解决其气相混合燃烧问题, 并详细分析了其中的刚性化学反应源项处理及火焰面方程求解所面临的困难及其解决措施.     

对流速度对燃料液滴火焰形态及燃烧的影响

考虑气相非稳态及液滴内部环流,建立运动液滴非稳态蒸发燃烧模型.模型采用动网格方法精确追踪液滴表面位置,采用守恒方程组更新液滴表面边界条件.根据单步全局化学反应机理,仿真研究正庚烷燃料液滴在不同对流速度下的火焰形态及燃烧.结果表明:运动液滴内部环流使液滴内部低温区向环流中心移动.当液滴运动速度大于某临界值后,火焰形态由包覆火焰转变为尾迹火焰.包覆火焰的富燃区范围、高温区范围及燃烧速率明显较尾迹火焰大;包覆火焰的液滴表面温度及表面蒸发流率分布也明显不同于尾迹火焰.     

介质阻挡放电等离子体流动控制研究进展

介质阻挡放电(DBD) 等离子体流动控制技术适用于低速工况, 具有结构简单、动态响应快等优点, 受到了国内外学术界及工业界的高度重视. 近20 年来, 很多学者对DBD 等离子体流动控制进行了研究, 在机 理和应用上都取得了很多有意义的结论. 本文首先分析了介质阻挡放电及其气动激励基本原理; 然后分别对近 年来DBD 等离子体流动控制机理和应用研究进展进行了综述, 并总结提出3 个主要气动激励机理; 最后对该 领域今后的工作提出了几点建议.      

介质阻挡体放电对甲烷扩散火焰特性的影响

本文在高频交流激励模式下,采用同轴圆柱构型激励器,开展了介质阻挡体放电对空气/甲烷同轴剪切扩散火焰燃烧特性影响实验研究。激励器敷设在外喷嘴环缝以电离空气,采用纹影系统和B型热电偶分别获取流场形态和火焰温度,激励频率为8 kHz,通过改变气体流量和放电电压,分析了不同工况下射流流场、火焰结构和火焰温度在等离子体作用下的变化规律。结果表明:等离子体气动效应能有效增强射流湍流强度,强化空气/甲烷掺混,增大射流角,并随激励电压提高作用效果逐渐增强,实验中未形成明显扩张流动的初始射流在放电电压30 kV时其射流角最大为23.5°。贫燃条件下等离子体激励会改善火焰形态,增强燃烧稳定性,并在流量较低时缩短火焰长度。此外,富燃火焰下游温度会随着激励强度增大不断升高,而贫燃火焰下游温度变化受上游燃烧强度影响存在升高和降低两种情况。     

液体火箭有机凝胶喷雾液滴蒸发模型及仿真研究

凝胶推进剂虽然兼具有液体推进剂流量可控和固体推进剂长期可储存等优点, 但凝胶喷雾液滴蒸发燃烧问题却一直困扰着凝胶推进剂研制及燃烧室设计工作, 阻碍了凝胶推进剂实际工程应用.设计实现了凝胶单液滴蒸发燃烧实验系统, 通过某型有机凝胶偏二甲肼(UDMH)单液滴在四氧化二氮蒸气中的蒸发燃烧实验现象, 进一步深入分析了凝胶液滴蒸发燃烧机理.根据实验中凝胶单液滴在不同阶段的蒸发特性, 建立了有机凝胶喷雾液滴在胶凝剂膜形成、膨胀、破裂三个不同蒸发阶段的多组分蒸发模型, 采用初步选定的模型参数及物性参数对凝胶单液滴在高温气体环境中的蒸发全过程进行了仿真计算, 并与常规液体液滴的仿真结果进行了对比分析.结果表明,凝胶喷雾液滴表面胶凝剂含量在蒸发初期增加比较缓慢, 但在某临界时刻后的极短时间内迅速升高至形成胶凝剂膜的质量分数95%, 导致表面质量流率迅速下降至0,表面温度则快速上升至UDMH推进剂沸点.胶凝剂膜形成后, 液滴半径及表面UDMH蒸气质量分数出现了实验现象中凝胶液滴反复膨胀-破裂的震荡现象, 液滴表面温度维持在略高于沸点的某温度范围内,凝胶液滴内部的沸腾蒸发明显强于液体液滴表面稳态蒸发流率, 使得凝胶喷雾液滴生存时间小于常规液体液滴.     

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基于介质阻挡放电等离子体体积力气动激励机理,数值研究了两种等离子体流动控制方案对螺旋桨桨径根部处于负攻角工况下叶素气动性能的改善效果.结果显示,激励器布置在下翼面时等离子体体积力大于其布置在叶素前后缘时的情况;激励器布置在下翼面时,可抑制流动分离,使得螺旋桨桨根部位叶素产生更大的负拉力,但会减小螺旋桨的扭矩;激励器布置在前后缘时,会使螺旋桨根部叶素拉力增大,提高螺旋桨总拉力,但不能抑制流动分离,所以会增大螺旋桨的扭矩.     

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基于介质阻挡放电等离子体的体积力气动激励机理,仿真研究了等离子体增升减阻技术对沿螺旋桨桨径方向均匀分布的10个叶素气动特性的改善效果.采用叶素理论,对比分析了等离子体对螺旋桨整体气动性能的提高效果.主要结论有:桨尖和桨叶根部的叶素容易发生气动分离现象,其中根部叶素处于负攻角的工况中;采用介质阻挡放电等离子体流动控制技术可以完全抑制流动分离不太严重的桨叶中部区域的叶素气动分离,对桨尖处翼型的严重气动分离不能完全抑制但也有改善作用,但对处于负攻角工况的叶素作用不大;等离子体增升减阻技术确实可以提高螺旋桨的气动性能,对本文所研究的情况,螺旋桨的拉力和效率分别提高了28.27％和 12.3％.