劈缝射流尾迹特征的实验研究

本文以简化透平叶片模型为对象,采用热线风速仪和粒子图像测速技术研究了尾缘劈缝射流尾迹结构,结合本征正交分解方法分析了不同射流速度比对尾迹时均特性、脉动特性以及旋涡运动特性的影响规律。结果表明:低动量射流时下板上表面流体分离,该侧剪切层在尾迹中振荡,影响旋涡配对和输运机制,模态中出现特殊带状结构;随射流速比增大,最大尺度旋涡强度增大,促进射流与主流剪切掺混,尾迹速度亏损更快被弥补,高阶频率脉动结构减少,动能损失小,因此在劈缝射流中应避免采用低动量射流。     

单头部双级旋流器燃烧室流场PIV测量

利用粒子图像测速(PIV)测量技术对单头部双级旋流器燃烧室紊流流场进行了测量,试验研究主燃孔射流与旋流器旋转射流之间相互作用,结果表明:不同旋流器几何参数(如:叶片安装角)和主燃孔布置对轴向和径向气流速度分布及回流区结构的影响都较大,为了得到一个满意的气动特性和中心回流区,选择合理的主燃孔布局比旋流数更为重要.     

矩形冷却孔附近流动的数值研究

为了深刻认识冷却孔附近的流动结构和旋涡生成机理,本文数值研究了平板上不同矩形射流孔附近的局部流场.在给定横向流速和吹风比条件下,对不同长宽比的矩形垂直射流孔附近区域三维定常流动的流场结构进行了研究.并分析了孔附近各种主要涡旋生成的机理.     

燃气轮机燃烧室燃烧天然气和燃烧中低热值煤气的比较

本文使用商业软件FLUENT,对某燃气轮机燃烧室燃烧大然气和燃烧中低热值煤气进行了比较。原本燃烧天然气的燃烧室直接改为燃烧中低热值煤气,会产生燃料射流速度太快的问题,使阻燃孔失效,火焰太长,高温燃气直接冲击下简壁出口。仅仅增大燃料喷嘴口径可以在一定程度上改善燃烧室内流动结构,使掺混孔起一定的作用,气膜冷却射流也将高温区抬离了下简壁。     

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。     

高速水射流集束性的数值模拟及试验研究

本文采用VOF多相流模型,在400 MPa工作压力下,针对3种不同结构喷嘴产生的自由水射流流场进行了数值模拟和试验研究。结果表明:喷嘴出口处空气向喷嘴内部卷吸,一定程度上提高了其集束性;射流核心区轮廓呈现粗细交替的波动状,是诱发射流破碎的重要因素;射流上游的湍动能大小及旋涡强度对射流的集束性影响显著;该条件下射流轮廓的高速数码摄像照片定性地验证了数值模拟的结果。     

底排装置非定常环状伴随射流的特性分析

为了研究环形喷口底排弹出膛口时的尾部二次燃烧特性和环状伴随射流流动特性,针对底排燃烧室在瞬态泄压条件下的强非稳态扰动过程,建立了环状喷口射流与超声速来流相互作用的二维轴对称化学非平衡流模型,数值研究环形喷口底排装置的非定常伴随射流燃烧流动演化特性。计算结果表明:环形喷口射流在泄压初期挤压形成高度欠膨胀的中心射流,随着喷口压力降低,逐渐转变为亚音速环状射流。泄压中期,燃烧反应强度由射流边缘向中心轴线方向逐渐加剧,在气体回流作用下,尾部流场温度快速升高。在泄压过程中,不同初始压力下的底部压力和轴线温度变化趋于一致。随着燃烧室内初始压力增大,底压系数峰值增加,降压时间延长。1.5 ms后,初始压力对尾部流场无明显影响。     

基于蚯蚓背孔射流的仿生射流表面减阻性能研究

为了减小流体对固体壁面的阻力, 基于蚯蚓生物学特征, 对蚯蚓背孔射流特性进行分析, 建立仿蚯蚓背孔射流的仿生射流表面计算模型, 采用SST k-ω 湍流模型对仿生射流表面的减阻特性进行数值模拟, 同时对数值模拟结果进行实验验证, 并以此研究了仿蚯蚓背孔射流表面的减阻机理.结果表明, 在一定条件下, 仿蚯蚓背孔射流的仿生射流表面具有较好的减阻效果; 在同一射流方向角下, 随着射流速度的增加, 减阻率逐渐增大; 在同一射流速度下, 随着射流方向角的增加, 减阻率呈先减小后增大的变化趋势; 数值模拟与实验均在射流速度为1 m·s^-1、射流方向角为-30°时达到最大, 分别为8.69%, 7.86%; 射流表面改变了原有光滑壁面的边界层结构, 对壁面边界层进行了有效的控制, 减小了壁面的剪应力, 降低了壁面边界层的速度.     

支板凹腔一体化超燃冲压发动机实验研究

本文针对以凹腔支板一体化燃烧室为基本结构的超燃冲压模型发动机在自由射流风洞中的性能,主要研究了燃料在不同位置喷入时,燃烧室几何结构/气动性能/燃料混合及燃烧特性的相互耦合,以及对发动机推力性能的影响.结果表明支板与凹腔的一体化在合理配置燃料分布情况下可以获得较好的发动机性能.     

细水雾协同滑动装置对甲烷/空气预混气体爆炸特性的影响

大量甲烷爆炸事故表明,甲烷/空气预混气体爆炸容易造成大量人员伤亡和巨大财产损失。利用10 cm×10 cm×100 cm透明实验管道,探究了细水雾协同滑动装置对甲烷爆炸特性的影响,并着重分析爆炸火焰和超压。结果表明:协同作用下,细水雾对燃烧区超压的影响较小,对未燃区超压峰值有明显衰减作用,甲烷体积分数为11.5%时衰减幅度最大,为44.71%。细水雾对指形火焰有冲毁作用,可加快火焰传播速度,甲烷体积分数为11.5%时,火焰传播速度的提升幅度最大,为62.50%。滑动装置反向压缩火焰至细水雾作用区,加速火焰焠熄。甲烷体积分数为9.5%和11.5%时,火焰焠熄时间明显下降,分别为20.76%和29.65%;甲烷体积分数为7.5%时,火焰焠熄时间下降3.5 ms。     

考虑熵层效应的扫掠激波/湍流边界层干扰特性研究

为了探究熵层对扫掠激波/湍流边界层干扰特性的影响规律,采用仿真方法对尖鳍/钝板物理模型进行研究。结果表明：扫掠激波上游的熵层厚度随着平板前缘钝化半径的增大而增加,同时边界层厚度也随着熵层厚度的增加而增加。熵层的引入并不改变扫掠激波/湍流边界层干扰固有的准锥形相似特性,也不会改变拟锥原点(virtual conical origin, VCO)的位置,仅会改变干扰形成的上游影响线和分离线的角度。扫掠激波/湍流边界层干扰形成的锥形主旋涡和角涡的尺度随着熵层厚度的增加而增大。上游熵层的引入增大了下游扫掠激波/湍流边界层干扰区的总压损失,但扫掠激波/湍流边界层干扰自身造成的相对总压损失并不受上游熵层的影响。     

多参数对叶顶气膜冷却的影响

基于压力敏感漆(PSP)实验技术,本文研究了某F级重型燃机一级动叶平面叶顶和凹槽叶顶在不同冷却射流与主流质量流量比,不同密度比和不同叶顶间隙大小等多参数影响下的气膜冷却特性。平面叶顶冷却射流在气膜孔后往吸力面覆盖,凹槽叶顶在槽内形成回旋涡,冷却射流往压力面覆盖并向尾缘形成累积效应。平面叶顶和凹槽叶顶气膜冷却效率均随质量流量比的增大而增大。密度比增大,冷却射流出口动量减小,抑制了叶顶气膜垂直射流的吹离趋势,从而提高气膜冷却效果。叶顶间隙与叶顶形状、质量流量比等参数对气膜冷却效率有关联影响;间隙增大,气膜冷却效率在不同工况下的表现不同。另外凹槽叶顶的整体气膜冷却效果优于同等条件的平面叶顶。     

AVC中钝体布置与燃烧室流动特性研究

先进旋涡燃烧室具有高燃烧效率、低污染物排放和总压损失小等优点,其性能明显优越于其他贫燃料预混合燃烧设备.本文对不同钝体布置方式下,先进驻涡燃烧室中三维冷态气流的流动特性进行了数值模拟研究,得出了燃烧窜流阻、驻涡结构及其稳定性受前、后钝体距离和后钝体宽度两个几何参数影响的规律,为对先进驻涡燃烧室流动和燃烧特性的深入研究打下了基础.     

壁面渗透燃烧微燃烧器结构参数优化实验研究

针对一种圆柱多孔壁面组织渗透燃烧微尺度燃烧器,本文在甲烷/空气不同燃料当量比和混合气流量下,对比实验了关键参数燃烧室内径(d)和燃烧室高度(h)变化对燃烧器性能的影响.结果表明随燃烧室内径减小,吹熄极限速度显著下降,烟气平均温度升高,同时壁面温度下降;燃烧室高度减小,可燃烧极限当量比和淬熄极限速度均增大;在高径比h/d接近1时,烟气平均温度最高,壁面最高温度不变,大流量下壁面温度降低更快.因此,当缩小壁面渗透微燃烧器时,为防止燃烧效率降低和热损失增加,应优先缩小内径并保持高径比接近1.0.     

合成双射流对下游声压级影响试验

在Ma=0.4的来流条件下, 利用安装在主翼后缘处的合成双射流激励器对襟翼上的流动进行控制, 在风洞中开展了合成双射流对下游声压级影响的研究. 基于脉动压力测量结果, 结合油流显示试验, 得到了合成双射流对下游不同流动状态区域声压级影响的一些结论. 对于附着流, 在其峰值频率附近激励会明显提高其声压级; 对于受旋涡主导的流动, 恰当的合成双射流控制可以降低声压级, 激励频率较为关键. 在俯仰运动过程中, 对于附着流, 激励提高了声压级, 但不改变其迟滞特性; 对于受旋涡主导的流动, 激励对声压级的影响与攻角有关, 能够减弱其迟滞特性, 但激励强度对迟滞特性的影响较小, 减小声压级的最佳激励与运动历程有关.      

驻涡燃烧室后驻体形状选择冷态数值研究

因具有低排放和宽广工作范围等性能的优势,驻涡燃烧室越来越受到人们的关注。在冷态条件下对几种驻涡燃烧室后驻体造型形式的流场进行数值研究,发现不同后驻体造型形式不公改变驻涡腔内气体流动的速度,而且引起驻涡腔内旋涡运动方式不同。计算结果表明方形后驻体造型时能形成驻涡腔内气体较低速度流场,形成的旋涡结构有利于提高驻涡燃烧室性能。     

仿生射流孔形状减阻性能数值模拟及实验研究

针对横流中的侧向射流能够减小仿生射流表面摩擦阻力问题, 建立仿生射流表面模型, 利用SST k-ω湍模型对不同射流孔形状的仿生射流表面模型进行数值模拟, 并对数值模拟结果进行了实验验证. 结果表明: 当射流孔的流向长度和展向长度不变时, 3号模型的折线形射流孔减阻效果最好; 将折线形射流孔简化为圆弧形, 当r=3–5 mm时, 减阻率随着射流速度的增大而增大, 当r=4 mm时减阻效果最好, 最大减阻率为9.51%. 减阻原因: 通过射流孔向横向主流场中注入射流流体, 改变了射流表面附近边界层的流场结构, 使得边界层黏性底层厚度增加, 垂直于射流表面的法向速度梯度减小, 从而减小了壁面剪应力; 低速的射流流体被封锁在边界层内, 降低了高速流体对壁面的扫掠, 达到了减阻目的.     

单液滴撞击液膜的颈部射流模拟及机理分析

本文采用DNS耦合ACLS方法对喷雾中常见的单液滴撞击水平液膜现象进行二维的数值模拟,通过撞击后形态演变及内部场信息对比,重点分析颈部射流的形成机理,随后将研究对象拓展到倾斜液膜。本文验证了ACLS方法的准确性,成功捕捉到液膜倾角对空气卷吸现象的促进作用。研究表明,局部压差是液滴撞击水平液膜后产生颈部射流的直接原因,而对于撞击倾斜液膜的案例,前后两端颈部射流成因不同:前端射流由局部压差产生而后端射流随着液膜倾斜角的增大,旋涡机理的影响比重逐渐增强,两者处于共存竞争关系。     

激励特性对零质量射流的影响

零质量射流是一种主动流动控制技术,具有结构紧凑,无需外界气源等优势。为了把零质量射流用于控制风电叶片表面流动,需要理解和掌握零质量射流的一些基本特征。本文采用求解雷诺平均NS方程的方法,以静止环境中的二维零质量射流为研究对象,研究4种激励速度和4种激励频率时零质量射流对流场扰动的基本特征,并对流场结构进行了拓扑分析。结果表明,零质量射流会在孔口处产生旋涡对,旋涡对在自身的诱导作用下不断向外扩展;由于射流速度的周期性变化,在孔口下游轴线产生鞍点,激励速度越大,鞍点运动速度越快,距孔口距离越远;激励频率越大,旋涡最大涡量值越大,涡核中心距孔口距离越近,涡核间距越小。     

基于MRT-LB伪势模型的液滴撞击液膜数值研究

运用改进的格子玻尔兹曼（LB）伪势多松弛多相模型,研究单/双液滴撞击液膜的流动特性.考察单液滴在不同气液相密度比时撞击液膜的发展.随着密度比的减小,冠状水花顶端开始向内弯曲,且底部半径显著减小.在大密度比情况下研究双液滴撞击液膜.结果表明：双液滴撞击液膜有中心射流的形成;液滴水平间距的增大,延缓中心射流的出现,并降低初始中心射流的高度;随Re数的增加,中心射流的高度明显增大.