强梯度复杂流场中的粒子动力学响应试验研究

示踪粒子在(高)超声速流场中的动力学响应是粒子成像测速等粒子示踪测量技术的关键问题之一.现有文献对粒子动力学响应的试验测量往往是通过单个斜激波响应的测量方法.然而,当示踪粒子用于测量高速飞行器发动机内部复杂的激波串流场时,粒子将经历由多道激波导致的速度、压力、黏性等剧烈变化.本文结合目前(高)超声速飞行器的研究热潮,重点关注示踪粒子在应用于发动机内部具有连续激波的复杂流场测量中存在的跟随性评估方面,开展了一系列的相关试验研究.包括测量超声速风洞的喷管出口速度分布以验证测试系统的性能,在马赫4.2和3.0流场中测量了粒子对二维10°和15°单斜劈绕流中的斜激波动力响应,并测量了模拟发动机内部连续梯度的双斜劈粒子斜激波动力响应.结合粒子动力学的理论模型,得到了各状态的粒子弛豫时间、弛豫距离、Stokes数.基于图像方法、统计学规律分析了激波非定常抖动对测量结果的影响,并对测量结果进行了修正.结果显示,相同斜劈角度下,马赫数越高,粒子的弛豫时间、弛豫距离就越大.但是在相同的来流马赫数下,斜劈角度越大,粒子的弛豫时间、弛豫距离反而减小.在强梯度之后由于流场的雷诺数和黏性系数变化剧烈,粒子的跟随性降低了大约5.7%,stokes数增加了约1%.虽然在本文条件下Stokes数仍满足超声速流场对粒子跟随性的要求,但粒子响应的降低无疑是值得关注的,尤其是当其被应用于具有更多连续梯度的复杂流场测量中.     

激波与层流/湍流边界层相互作用实验研究

在超声速风洞中,分别对层流和湍流来流条件下的边界层和斜激波(激波强度足以引起流动分离)相互干扰进行了实验研究,利用纳米粒子示踪平面激光散射(NPLS)技术获得了两种条件下流场的精细结构图像;利用粒子图像测速(PIV)技术获得了两种条件下流场的速度场和涡量场;综合运用NPLS结果和PIV结果对比分析了两种流动的瞬时流动结构和时间相关性,实验结果表明:层流边界层内的分离区呈现出狭长的条状,而湍流边界层内分离区呈现出较规则的椭圆;在入射激波上游距入射点较远的位置,层流边界层外围拟序结构会诱导出一系列压缩波系,进而汇聚成空间位置不稳定的诱导激波,而湍流边界层则是在入射激波上游较近的地方直接形成较强且稳定的诱导激波;在入射激波下游,层流边界层内的膨胀区域较小且急促,膨胀后产生的再附激波很弱,而湍流边界层内的膨胀区域较大,膨胀后产生的激波较强。     

一类高压比新概念风扇转子激波结构探索

为适应未来超声速巡航飞机动力系统的要求,作为一种可能的解决方案,本文对于一类来流为轴向超声速、出口为相对亚声速的高压比新概念风扇开展了研究,主要采用三维定常粘性数值方法对转子通道内部激波结构进行了初步探讨,根据流场分布构造了转子三维激波结构,为此类风扇气动设计提供了一定的依据。     

超声速气膜冷却中激波抑制的研究

针对激波破坏超声速气膜冷却的机理,本文提出了一种壁面开孔的结构,数值研究结果表明：一方面,壁面开孔的结构能使激波作用的区域壁面附近的压力分布较均匀,从而使近壁区的马赫数分布比不开孔的壁面要高,有利于超声速气膜冷却。同时在激波的作用下,冷却气体可以通过开孔壁面的孔进入槽道内,而在槽内的下游再从孔里流出,保护下游的壁面,这...     

激波管风洞中叶表测热实验与计算

本文利用激波管平面叶栅风洞在来流总压PO=1602×105 Pa、2.077×105Pa,相应总温TO=338.5 K、373.0K条件下进行了某叶型叶表压力分布、热流率分布测量实验。同时对实验段、实验叶栅进行了气动、传热方面的数值模拟。采用多种湍流模型计算并与实验数据比较后,发现采用spalart-Allmaras湍流模型计算所得叶表热流率与实验数据变化趋势一致。     

化学反应机理对激波与可燃氢气泡相互作用影响的数值研究

通过含化学源项的Navier-Stokes方程对激波与可燃界面相互作用（RSBI）进行数值研究,讨论三种氢氧化学反应机理对点火过程、燃烧效率和面积压缩率等物理化学特征的影响.三种化学反应分别为：Evans-Schexnayder反应模型（ES模型）,Jachimowski反应模型（J模型）及Ó Conaire反应模型（Ó模型）.研究表明：ES模型下的气泡点火延迟时间最大,平衡温度最低且点火位置异于J模型和Ó模型.采用无量纲面积来表征激波和燃烧作用气泡的形变特征,结果表明：燃烧释热阶段的气泡面积对化学反应模型的选择非常敏感,其中J模型的面积膨胀率最高.然而对于模拟长期发展的RSBI流场燃烧效率,不同化学反应模型之间的差异相对缩小.由于ES模型难以准确捕捉点火位置,J模型和Ó模型更适合模拟RSBI这类复杂流动的点火现象及燃烧流动耦合过程.     

叶轮机械中考虑气体粘性的激波关系

叶轮机械中考虑气体粘性的激波关系黄修乾，徐建中（中国科学院工程热物理研究所北京１０００８０）关键词激波关系，叶轮机械，粘性流动，三维流动１引言随着叶轮机械叶尖速度和负荷的提高，其内部空间激波及激波／边界层相互作用对性能的影响更加显著。就激波／边界层相...     

介质阻挡放电等离子体与激波相互作用实验研究

 主要针对介质阻挡放电等离子体改变激波系结构展开了实验研究。验证了介质阻挡放电等离子体气动激励能够对边界层施加影响,顺气流放电时能减小激波强度,逆气流放电时能增大激波强度。逆气流放电时,3组电极放电与4组电极放电比较,3组电极放电时压比更高。由于在该实验中放电区域比边界层小得多,介质阻挡放电产生的体积力远小于高速来流条件下的气动力,因此对激波的作用效果十分微弱。     

不同节流比下的超声速叶栅波系振荡模式及特性

本文以德国宇航局设计的SAV21超声速叶栅为研究对象。实验研究了不同节流比下的波系结构及振荡特征。结果表明:在小节流比下,由叶栅型面产生的膨胀波可以有效抑制激波串的振荡。在大节流比下,出现了四种振荡模式。模式1中,激波在压力面前缘往复振荡;模式2中,大幅度振荡与吸力面前缘小幅度振荡交替出现;模式3中,只存在大幅度振荡;模式4中,波系在上游通道中运动。下游压力波动的无规律性导致模式4的发生是随机的。     

部分道路关闭引起的交通激波特性研究

本文根据实际交通中经常遇到的交通事故或部分道路施工等情况, 建立了部分道路关闭的交通流模型. 采用平均场理论分析和确定性NS元胞自动机规则分别对模型进行解析和数值模拟, 结果表明, 系统存在三种稳定的物理状态:低密度相、激波相和高密度相, 并找到了系统发生相变的临界密度. 理论分析和数值模拟能很好地符合.     

高温瞬态超音速喷流OH分子示踪速度测量

 介绍了研制的小型脉冲高温超音速流场模拟装置。利用OH分子示踪速度测量技术,对实验室建立的小型脉冲高温超音速流场模拟装置产生的喷流速度分布进行了诊断。通过改变测量对应于喷流的空间位置光路调节,改变193 nm激光线相对于喷流的空间位置,分别得到了喷流不同区域的OH分子示踪速度图像,根据图像计算了测量位置喷流沿轴线方向的速度分量的分布情况。结果显示：喷流在压缩区的速度比在膨胀区低得多;在压缩初期区域喷流中心部分速度明显高于两侧部分,而在二次膨胀区域喷流中心部分速度低于两侧部分。     

A partially incoherent, periodic, pulsed light source for optical flow studies

A new shadowgraph device, using a partially incoherent source generated by the sweep of a focused laser beam, is described. The exposure time is easily adjustable from a few microseconds to continuous illumination. The application of such a method on supersonic free jets is presented.     

Quantitative Schlieren measurements of a high energy electromagnetic transducer acoustic shock field

Schlieren photography has been used to analyse quantitatively the acoustic field of an electromagnetic acoustic transducer (EMAT). By measuring the angle through which the rays are refracted it is possible to compute the refractive index gradient and thus determine both the absolute and complex pressure related structures of the images. Using this method, planar and focused shock transients generated by the EMAT have been evaluated and compared with transducer derived pressure measurements. The peak pressure in the unfocused shock was found to be 3.2 MPa and 4.6 MPa for the Schlieren and piezoelectric transducer measurements respectively. Corresponding values for the focused shock-wave agreed to within experimental error at about 19 MPa.     

Viscous effects on elliptic flow and shock waves

Fast thermalization and a strong buildup of the elliptic flow of QCD matter as found at RHIC are understood as the consequence of perturbative QCD (pQCD) interactions within the 3+1 dimensional parton cascade BAMPS. The main contributions stem from pQCD bremsstrahlung 2↔3 processes. By comparison to Au+Au data of the flow parameter v₂ as a function of participation number the shear viscosity to entropy ratio is dynamically extracted, which lies in the range of 0.08 and 0.2, depending on the chosen coupling constant and freeze out condition. Furthermore, first simulations on the temporal propagation of dissipative shock waves are given. The cascade can either simulate true ideal shocks as well as initially diluted, truly viscous shocks, depending on the employed cross sections or mean free path, respectively.     

含冲击波流场干涉图的图像处理方法研究

本文研究了含冲击波流场干涉图的图像处理方法,它包括干涉条纹的快束细化算法,冲击波波阵面的提取算法和时间序列冲击波波阵面的配准算法.根据这些算法,在PC-VISION 100图像处理机上开发了应用软件.实验结果表明,该方法可用于定量计算冲击波的传播速度和压力分布,增加了流场干涉图的用途.     

高温瞬态超音速喷流OH分子示踪速度测量

介绍了研制的小型脉冲高温超音速流场模拟装置。利用OH分子示踪速度测量技术,对实验室建立的小型脉冲高温超音速流场模拟装置产生的喷流速度分布进行了诊断。通过改变测量对应于喷流的空间位置光路调节,改变193 nm激光线相对于喷流的空间位置,分别得到了喷流不同区域的OH分子示踪速度图像,根据图像计算了测量位置喷流沿轴线方向的速度分量的分布情况。结果显示：喷流在压缩区的速度比在膨胀区低得多;在压缩初期区域喷流中心部分速度明显高于两侧部分,而在二次膨胀区域喷流中心部分速度低于两侧部分。     

Role of the zonal flow in multi-scale multi-mode turbulence with small-scale shear flow in tokamak plasmas

The structural characteristics of zonal flows and their roles in the nonlinear interaction of multi-scale multi-mode turbulence are investigated numerically via a self-consistent Landau-fluid model. The multi-mode turbulence here is composed of a shorter wavelength electromagnetic (EM) ion temperature gradient (ITG) mode and a Kelvin-Helmholtz (KH) instability with long wavelengths excited by externally imposed small-scale shear flows. For strong shear flow, a prominent periodic intermittency of fluctuation intensity except for dominant ITG component is revealed in turbulence evolution, which onset time depends on the ion temperature gradient and the shear flow amplitudes corresponding to different KH instabilities. It is identified that the intermittency phenomenon results from the zonal flow dynamics, which is mainly generated by the KH mode and back-reacts on it. It is demonstrated that the odd symmetric components of zonal flow (same symmetry as the external flow) make the radial parity of the KH mode alteration through adjusting the drift velocities at two sides of the resonant surface so that the KH mode becomes bursty first. Afterwards, the ITG intermittency follows due to nonlinear mode coupling. Parametric dependences of the features of the intermittency are elaborated. Finally, associated turbulent heat transport is evaluated.     

The application of the refractive fringe diagnostic to shocks in air

A review of the refractive fringe diagnostic is presented. A modified de Laval nozzle is used to produce shocks in air, which are transversely probed using a low power HeNe laser. The refractive fringes recorded on film at different imaging distances are analysed using a video digitization technique. Both strong and weak density profiles are deduced.