隔离段激波串流场特征的试验研究进展

高超声速推进技术是国际前沿研究, 其中双模态超燃冲压发动机的发展受到极大关注. 作为超燃冲压发动机的重要部件, 隔离段对发动机的性能和高超声速飞行的实现至关重要, 其中所涉及的流动机理问题也极为复杂. 自从高超声速飞行的概念被提出和论证以来, 相关的理论、试验和仿真研究不断取得进展, 但是对其中的机理问题研究仍有待进一步深入. 本文将从试验研究的角度回顾并综述近年来超燃冲压发动机隔离段的研究进展, 结合精细流动测试技术(Nano-tracer Planar Laser Scattering, NPLS)的发展分析了隔离段流场特征, 包括了激波串流场复杂的三维时空结构特点、湍流特性、非线性迟滞运动、不启动流场特征以及激波前缘检测等. 从风洞设备、隔离段设计、测试技术等方面对隔离段的试验研究进行了分类比较和论述, 对今后隔离段试验研究提出了建议.     

水下超声速气体射流气液两相复杂流动研究

本文实验研究了水下超声速气体射流气液两相复杂流动。利用高速摄影仪和电子相机分别实时记录了过膨胀超声速工况水下气体射流的喷射状态和整体形貌,显示了不同工况水下高速气体垂直射流的演化过程和动态不稳定性形貌。研究结果表明:在射流的初始段存在与射流内部复杂波系相关的激波反馈特性,激波反馈特性发生之前存在能量积聚的高频低幅的胀鼓过程,二者均随机发生;在射流的主体段,在气水掺混和卷吸大规模能量交换作用下,射流呈现随机的偏摆效应,并且偏摆受环境流场影响明显。     

偏心圆环中对流换热的耗散粒子动力学研究

能量守恒的耗散粒子动力学(eDPD)对复杂流动问题的模拟有着先天的优势。本文将eDPD方法应用于偏心圆环中气体的对流换热问题的模拟。首先模拟了因圆环旋转引起的强迫对流换热问题。然后,引入Boussinesq假设,模拟了自然对流换热问题。最后,模拟了混合对流问题。得到了温度场和流场等数据,并将结果和有限体积法模拟得到的结果或实验数据进行了比较。结果表明,DPD能有效地模拟复杂形状内的对流换热问题,并且精度很高。     

纳米粒子在亚浓高分子溶液中的扩散: 多粒子碰撞动力学

The diffusion of nanoparticles immersed in semidilute polymer solutions is investigated by a hybrid mesoscopic multiparticle collision dynamics method. Effects of polymer concentration and hydrodynamic interactions among polymer monomers are focused. Extensive simulations show that the dependence of diffusion coefficient D on the polymer concentration c agrees with Phillies equation D-exp (-αc^δ) with a scaling exponent δ≈0.97 which coincides with the experimental one in literature. For increasing nanoparticle size, the scaling prefactor α increases monotonically while the scaling exponent always keeps fixed. Moreover, we also study the diffusion of nanoparticle without hydrodynamic interactions and find that mobility of the nanoparticle slows down, and the scaling exponent is obviously different from the one in experiments, implying that hydrodynamic interactions play a crucial role in the diffusion of a nanoparticle in semidilute polymer solutions.     

黏性液滴变形过程的核梯度修正光滑粒子动力学模拟

本文提出了一种核梯度改进光滑粒子动力学(KGC-SPH)方法,模拟了黏性液滴形变自由表面问题.首先,通过模拟等温黏性液滴拉伸和旋转变形,验证了KGC-SPH法较SPH法具有较高精度和更好稳定性,且能很好地保持总角动量守恒.其次,基于非等温van der Waals模型对平衡态圆形液滴的形成过程进行数值研究,观察到小幅度振荡现象,并给出了一种新的克服张力不稳定性的方法和一种适合KGC-SPH方法的新的表面张力处理技术.最后,研究了van der Waals液滴的周期性振荡现象,讨论了初始椭圆形液滴长短半轴比 关键词： 光滑粒子动力学 黏性液滴 van der Waals模型 表面张力     

光滑粒子动力学方法中粒子分布与数值稳定性分析

光滑粒子动力学(SPH)作为一种拉格朗日型无网格粒子方法,已经成功地应用于包括含多相流动界面以及移动边界的可压缩和不可压缩流体运动的研究中.通过对Poiseuille流动的深入研究,探索了SPH方法中粒子分布对计算精度的影响,揭示了一种因为粒子不规则分布而导致的数值不稳定现象.研究显示,这种数值不稳定性起源于SPH方法粒子近似过程中的不连续性.使用了一种新的粒子近似格式以确保SPH方法中粒子近似的连续性.计算结果表明,这种新的粒子近似格式对于规则和不规则的粒子分布都能得到稳定精度的结果.     

耗散粒子动力学GPU并行计算研究

研究了耗散粒子动力学基于计算统一设备架构的图形处理器(GPU)并行计算的实施.对其中涉及的算法映射模型、Cell-List法数组的并行化更新、随机数生成、存储器访问优化、负载平衡等进行了详细的讨论.进一步模拟了Poiseuille流动和突扩突缩流动,从而验证了GPU计算结果的正确性.计算结果表明,相对于基于中央处理器的串行计算,在耗散粒子动力学中实施GPU并行计算可以获得约20倍的加速比.     

基于不可压缩光滑粒子动力学的黏性液滴变形过程仿真

应用基于投影算法的不可压缩光滑粒子动力学(incompressible smoothed particle hydrodynamics, ISPH)法对黏性液滴变形过程进行了数值仿真. 对于张力失稳导致的粒子非物理簇集问题, 采用粒子移位技术加以解决. 为了验证本文ISPH 算法的精度和稳定性, 分别模拟了圆形黏性液滴的拉伸变形过程以及方形液滴的旋转变形过程, 得到了不同时刻液滴内部的压力变化特征, 准确地捕捉了液滴自由面演化过程, 并将数值计算结果与文献中的解析解进行了比较.分析结果表明, 基于投影算法的不可压缩光滑粒子动力学方法结合粒子移位技术, 能够有效地模拟黏性液滴变形过程, 可以得到精确和稳定的结果. 关键词： 不可压缩光滑粒子动力学 黏性液滴 自由面流动 数值仿真     

耗散粒子动力学模拟方法在软物质体系研究中的一些进展与应用

软物质是指处于固体和理想流体之间的复杂态物质,主要包括聚合物、表面活性剂、液晶、胶体悬浮液、以及生物大分子等。软物质能够对外界微小的作用产生强烈的非线性响应,并展现出丰富的有序自组装相态。作为一种新颖的模拟技术,耗散粒子动力学方法非常适合在介观尺度上对软物质体系的复杂行为进行合理的描述。本文对耗散粒子动力学模拟方法的发展及一些应用进行了系统评述。耗散粒子动力学模拟方法体现了分子动力学与格子Boltzmann模型的优点,通过与其它理论模型（如Flory-Huggins理论、Smoothed particle hydrodynamics模型等）相结合,该方法能够在介观尺度上有效地研究聚合物熔体和溶液体系、生物膜及囊泡体系以及胶体悬浮液等体系的行为。这些研究结果,对新材料的研发、特殊材料的制备、以及材料加工条件的选择具有十分重要的科学意义和实际应用价值。     

耗散粒子动力学处理复杂固体壁面的一种有效方法

耗散粒子动力学(dissipative particle dynamics,DPD)作为一种介观尺度拉格朗日型粒子方法,已经成功地应用于微纳米流动和生化科技的研究中.复杂固体壁面的处理和壁面边界条件的实施一直是DPD方法发展及应用的一个障碍.提出了处理复杂固体壁面的一种新的方法.复杂固体区域通过冻结随机分布并且达到平衡状态的DPD粒子代表;所冻结的DPD粒子位于临近流动区域的一个截距内;在靠近固体壁面的流动区域中设置流动反弹层,当流动DPD粒子进入此流动层后反弹回流动区域.应用这种固体壁面处理方法对简单流动区域的Poiseuille流动和复杂多孔介质内的流动进行了分析.研究表明,这种新的固体壁面处理方法能够有效模拟复杂固体区域,准确实施壁面边界条件.     

Pressure dynamics in a supersonic flow during initiation of pulse surface sliding discharges

The supersonic air flow at Mach numbers of 1.1–1.6 in a shock tube is experimentally investigated during initiation of nanosecond pulse surface sliding discharges. The shadow images of the flow field after discharge initiation, which characterize the dynamics of shock waves propagating from the discharge area, are obtained. Periodic pressure pulsations on the shock tube channel wall are recorded. The pressure dynamics is shown to correspond to both the motion of shock waves from the discharge area and a supersonic flow of the discharge-excited gas near the channel wall. The pressure increase on the shock tube channel wall was 6–18%, as compared to the pressure in an unperturbed flow. Original Russian Text ? D.F. Latfullin, I.V. Mursenkova, N.N. Sysoev, 2009, published in Vestnik Moskovskogo Universiteta. Fizika, 2009, No. 3, pp. 114–116.     

带二次流的多喷管超声速引射器性能实验研究

为研究多喷管超声速引射器在有二次流情况下的性能,采用模拟器产生给定总温和总压的模拟二次流,在多喷管超声速引射器实验台上进行了一系列实验。重点考察了多喷管引射器的性能以及一次流总压和喷管安装构型对其性能的影响。实验结果表明：多喷管超声速引射器可保证二次流在设计工况下正常工作;二次流的加入大大减小了一次流的总压损失;较低的一次流总压具有更好的压力匹配性能,但引射增压能力也有所降低;合理的喷管安装构型可同时提高引射增压能力和压力匹配能力。提出了将二次流作为“助推器”,以帮助多喷管引射器在较低工况下实现启动的方案,在不增加系统复杂度的前提下提高了引射器的压力匹配能力。     

介观尺度通道内多相流动的耗散粒子动力学模拟

采用四次方光滑函数构造了包含远程吸引近距排斥的保守力势函数, 应用该势函数, 采用耗散粒子动力学方法, 对十字型微通道内的多相流动进行了计算. 计算结果表明, 该势函数能有效模拟十字型微通道内的流动过程及模式. 关键词： 多相流 耗散粒子动力学 保守力势函数     

Electro-optical granulometer for measurements of flowing particles

An electro-optical technique is described for the measurement of the size distribution of particles from 2.5 μm upwards, in a flow. The apparatus utilizes a white light source, a photodiode array and particle-sizing electronics. The data acquisition system is a multichannel analyser or a microcomputer. This device is an extension to the flow case of a previous device designed for static size analysis, and a critical comparison with size acquisition systems commercially available is given. Shape of particles and outline of waveform during particle detection are discussed.     

微液滴动力学特性的耗散粒子动力学模拟

对传统的耗散粒子动力学方法进行了改进.改进的耗散粒子动力学方法采用了包含远程吸引力和近距排斥力的保守力势函数,从而使得用耗散粒子动力学方法模拟多相流动成为可能.应用改进的耗散粒子动力学方法,对微尺度下液滴的形成及液滴在微重力下的大幅度振荡变形进行了数值模拟.计算结果表明,改进的耗散粒子动力学(DPD)方法能够有效地描述微尺度下液滴的动力学特性,对研究复杂流体多相流动有着重要的意义. 关键词： 多相流 微液滴 耗散粒子动力学(DPD)方法 保守力势函数     

介观尺度流体绕流球体的耗散粒子动力学模拟

采用耗散粒子动力学(dissipative particle dynamics, DPD)方法, 对两平行平板间流体绕流三维球体进行了计算. 球体和平行平板由达到平衡状态的冻结DPD粒子组成, 流体在不同无量纲外力驱动下流动, 球体受力由组成球体的所有冻结DPD粒子求和得到. 流动达到充分发展后, 输出球体在流动方向的受力, 并计算球体的阻力系数, 与文献中的关联式进行了对比. 结果表明, 在Re≤qslant 100的范围内, DPD方法能较准确地计算出阻力系数, 在较大雷诺数时, 由于流     

介观尺度流体绕流球体的耗散粒子动力学模拟

采用耗散粒子动力学(dissipative particle dynamics, DPD)方法, 对两平行平板间流体绕流三维球体进行了计算. 球体和平行平板由达到平衡状态的冻结DPD粒子组成, 流体在不同无量纲外力驱动下流动, 球体受力由组成球体的所有冻结DPD粒子求和得到. 流动达到充分发展后, 输出球体在流动方向的受力, 并计算球体的阻力系数, 与文献中的关联式进行了对比. 结果表明, 在Re≤qslant 100的范围内, DPD方法能较准确地计算出阻力系数, 在较大雷诺数时, 由于流体的压缩性导致计算结果出现差异.     

Experimental and numerical investigation of flow separation in a supersonic nozzle

The flow in a two-dimensional symmetric convergent-divergent supersonic nozzle with and without a deflector at the exit plane was tested experimentally and numerically. Combined optoelectronic devices were used to demonstrate the possibilities of the shadow and schlieren methods and holographic interferometry for the flow visualization especially in the separation region. A series of experiments was performed in a trisonic wind tunnel (VTI, Beograd). The experimental results obtained using optical methods are compared with the pressure measurements and numerical calculations. Numerical results were obtained using a code for solving the average Navier-Stokes equations. Five structured meshes with different resolutions and two turbulent models were employed. The coupled influence of the mesh resolution and the order of accuracy of the used numerical scheme is analyzed.