0.6m暂冲式跨超声速风洞控制系统设计与实现

针对0.6m暂冲式跨超声速风洞结构组成复杂、试验部段定位和同步控制精度要求高、运行方式多样和运行安全要求严格的特点,研究了0.6m暂冲式风洞控制系统总体设计思想、主要部段多轴联动控制实现方案与控制策略、风洞运行安全联锁实现方式,保证了0.6m暂冲式跨超声速风洞试验效率、控制精度和运行安全,该控制系统设计思想对各类暂冲风洞控制系统设计具体重要借鉴意义。     

0.6米暂冲式跨超声速风洞流场控制系统设计

针对0.6米暂冲式跨超声速风洞结构组成复杂、系统控制精度要求高、运行方式多样和运行安全要求严格的特点，分析了流场控制系统的硬件结构，开展了基于NI LabVIEW开发平台的风洞流场控制软件设计研究工作。重点介绍了控制系统组成、软件的结构和功能设计、信号采集与处理、控制策略和安全策略等内容。应用结果表明：该系统具有调节快、精度高、稳定性好、安全可靠的特点，成功实现了暂冲式跨超声速风洞复杂流程控制系统的应用软件开发。     

边界层效应影响等离子体气动激励诱导激波机理

 针对小型暂冲式超声速风洞进行的诱导激波实验结果,提出等离子体气动激励诱导激波的机理不仅取决于放电时产生的焦耳热效应,放电区域的边界层厚度也起到了决定性的作用的推论。为进一步验证此思想,在高超声速激波风洞进行了等离子体气动激励诱导激波的实验研究。结果表明,在边界层很薄的情况下,等离子体气动激励能够诱导出斜激波。分别阐述了两种实验条件下诱导激波的机理,证实了边界层效应在等离子体与激波相互作用中起到了决定性作用。     

金属烧结丝网在内场消声中的应用

利用试验手段研究暂冲式风洞稳定段内安装不同规格烧结金属丝网对风洞上游控制阀后气流噪声和湍流度抑制作用。试验结果表明:多层金属烧结丝网可在全频段内大幅度降低上游气流的噪声,最大可达21 dB;消声量与金属烧结丝网无量纲的压力损失系数成正比,压力降与金属烧结丝网层数呈现出非线性叠加的结果。另外发现烧结金属烧结丝网对气流速度脉动亦具有突出的抑制效果。例如,试验段马赫数Ma=1:5时,120目26层+160目26层组合烧结金属丝网出口气流速压脉动幅值减小为入口来流的18%,湍流度由11.7%降至3%。因此金属烧结丝网适合于暂冲式风洞的内场降噪。     

1+1/2对转涡轮短周期试验台性能测试

本文介绍了工程热物理所暂冲式短周期实验台及其涡轮试验方案,使用该试验台对1 1／2对转涡轮进行了性能测试,并使用Numeca软件包对该涡轮进行了定常数值模拟,给出了试验和计算结果对比。试验结果表明该短周期试验台性能良好,能提供大约200 ms的测试时间,能够满足涡轮性能测试的要求。为了以后的研究工作,试验方案和技术,尤其是流量测试技术还有必要进行进一步的改进。     

超音速涡轮叶栅气动性能实验及分析

利用中国科学院工程热物理研究所和哈尔滨汽轮机厂合建的暂冲式超音速平面叶栅风洞,在详细校核进口流动均匀性、出口流动周期性及叶栅中部流动二元性的基础上,详细测试了三套超音速涡轮叶栅在设计和非设计等三个攻角状态下的气动性能及叶片表面压力分布,为超音速涡轮叶栅的后续研究积累了翔实的实验资料。     

短周期实验台涡轮机匣换热实时测量初探

本文简单介绍了采用铂膜单膜热流计和高速动态采集系统进行实时表面温度和热流率测量的原理和系统,并利用中国科学院工程热物理研究所的暂冲式短周期涡轮实验台进行了涡轮机匣换热的实时测量.测量所得的机匣表面实时温度与热流率呈现良好的周期性,并与涡轮转速相对应的高压动叶叶片通过频率相吻合.机匣表面实时温度的波动幅值极小,不超过0.4℃,而实时热流率的波动幅值达到几万瓦每平方米的量级.     

温敏涂料TSP热流密度测量方法及应用

温度敏感涂料（temperature-sensitive paint,TSP）可以实现高空间分辨率的温度测量.基于时间解析温度数据计算热流密度是典型的导热反问题.基于一维双层导热模型,通过解析或数值求解的方法计算热流密度,是上述问题的通用解法.在工程应用中,可根据试验工况简化一维双层导热模型,采用更简便的方法进行热流计算.TSP测量热流的精度受涂料厚度、TSP测温真实位置和材料热物性变化等因素影响,相应地可以在涂料设计、物理建模以及计算方法等方面进行完善,提高TSP热流测量的精度.TSP热流测量在暂冲式和激波式两类高超声速风洞中均已得到成功应用,文章结合两个应用实例对工程应用中的挑战与对策进行了讨论.      

高焓膨胀管风洞性能调试试验研究

为评估新建成的高焓膨胀管风洞的设备性能,开展了风洞调试试验.通过测量激波速度、静压及Pitot压力等流场参数,结合考虑高温热化学效应的理论计算方法,对设备在常规氦气驱动模式及自由活塞驱动模式、低焓到高焓的运行状态进行了调试与分析.调试试验表明风洞最高气流速度达到11.5 km/s,最高焓值达到71.7 MJ/kg,高焓...     

叶栅风洞控制方法分析与实现

为解决叶栅风洞气罐容量小气源压力下降快给流场控制带来的难题,采用动态变参数和积分分离PID控制算法实现了叶栅风洞流场快速稳定和目标压力高精度控制目的;以调压阀后压力为控制点,采用叶栅入口压力误差值对控制点压力进行修正的方法,解决了常压和增压试验中控制滞后问题;变参数PID控制和选用具有确定对应关系控制点并对实际误差进行修正的方法,对小型暂冲风洞高精度压力控制和滞后问题的解决具有一定借鉴意义。     

1+1/2对转涡轮用出口超音叶栅设计与试验

本文以1 1/2对转涡轮为背景,开展出口马赫数1.5、气流角为70°高出口马赫数涡轮叶栅设计与试验研究。研究与分析表明,尾缘厚度及尾缘附近叶表速度分布是决定上述高出口马赫数叶栅性能的关键;尾缘后约一倍叶栅出口宽度范围内,损失剧烈增加,此距离之后,总压降低趋于平缓。初步试验结果说明高出口马赫数涡轮叶栅是可行的。     

空心活塞运动产生的激波

普通活塞在管道中运动, 不论活塞速度高低都能驱动产生激波.空心活塞在管道中运动与普通活塞不同, 当其运动Mach数低于壅塞Mach数, 活塞前不会形成运动激波; 只有活塞运动Mach数超出壅塞Mach数, 才能驱动产生激波.壅塞Mach数由空心活塞中心孔直径、长度和内壁面摩擦系数以及外直径横截面积决定.火车通过隧道类似空心活塞在管道中运动.将火车车箱与隧道间的空隙换算成有效水力直径后, 可利用空心活塞在管道中运动计算壅塞Mach数的方法, 求出火车通过隧道出现激波的条件.文章提出一种新颖的间接测量列车平均摩擦系数新方案.      

Spectral behaviour of the turbulence-driven power fluctuations of wind turbines

Field and laboratory experiments were performed to unravel the structure of the power output fluctuations of horizontal-axis wind turbines based on incoming flow turbulence. The study considers the power data of three wind turbines of rotor sizes 0.12, 3.2, and 96 m, with rated power spanning six decades from the order of 10⁰ to 10⁶ W. The 0.12 m wind turbine was tested in a wind tunnel while the 3.2 and 96 m wind turbines were operated in open fields under approximately neutrally stratified thermal conditions. Incoming flow turbulence was characterised by hotwire and sonic anemometers for the wind tunnel and field set-ups. While previous works have observed a filtering behaviour in wind turbine power output, this exact behaviour has not, to date, been properly characterised. Based on the spectral structure of the incoming flow turbulence at hub height, and the mechanical and structural properties of the turbines, a physical basis for the behaviour of temporal power fluctuations and their spectral structure is found with potential applications in turbine control and numerical simulations. Consistent results are observed across the geometrical scales of the wind turbines investigated, suggesting no Reynolds number dependence in the tested range.     

超声速预混可燃气流的点火与燃烧

在激波风洞一激波管组合设备上开展了碳氢燃料超声速预混可燃气流的点火与燃烧实验研究。实验结果表明:利用激波对燃料进行预热,并以高温燃气作为引导火焰,可以有效缩短汽油空气超声速可燃混气的点火延迟时间,使之缩短到 0.2 ms以下。利用纹影照片对超声速燃烧流场结构作出了分析;研究了超声速预混可燃气流的温度以及当量比对超声速燃烧流场结构、点火与火焰传播特性的影响。     

自由活塞激波风洞压缩管非等熵流动分析

在自由活塞驱动的高超声速地面试验设备中,自由活塞压缩器的运行状态对于试验气流状态参数、试验时间及设备安全性起到决定性的作用.研究基于FD?21自由活塞激波风洞结构参数,针对典型的活塞压缩器运行状态展开数值模拟和等熵理论预测,分析压缩管中的波系结构和非等熵效应引起的流动参数变化.进一步地,将压缩管中的总熵变来源分解为激波...     

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在超音速风洞中进行了等离子体气动激励改变激波系结构的实验,考察了介质阻挡放电和横向直流放电对于激波系结构的影响。实验结果表明介质阻挡放电所产生的等离子体能够影响流场附面层。采用逆气流DBD放电后,激波强度略有增大;采用顺气流放电后,激波强度略有减弱。相对于介质阻挡放电,横向直流放电对减弱激波强度影响稍大。     

超跨声涡轮叶栅尾缘激波系流动研究

本文通过分析超跨声涡轮尾缘波系的流动机理给出了详细的尾缘激波系流动图画,强调了尾缘分离激波的重要作用.经过分析,认为基底区压力是通过影响基底区宽度来影响涡轮叶栅尾缘激波强度的.最后将上述机理应用到某叶栅S1计算程序的改进工作中,数值计算和叶栅试验结果表明,改进工作有效提高了该程序对超跨声涡轮叶栅尾缘激波流动的模拟能力.     

计算流体成像技术重构方法及其应用

建立系统的计算流体成像(CFI)技术,并论证其为流动数值模拟与风洞实验相互佐证的重要手段。采用纯数值模拟技术重构得到流场计算阴影、纹影以及干涉图,主要技术包括复杂湍流模拟技术、三线性插值技术和流动图像重构技术等。同时将CFI技术应用于激波管内绕障碍物三维复杂流动计算图像重构,并与双向全息实验结果进行了比较分析。研究证明该CFI技术可以用于复杂几何边界、分区域、非定常流动图像重构,不仅能够为流场结构特征分析提供重要参考依据,而且能够用于数值模拟与风洞实验结果的比较印证。     

1+1/2对转涡轮中激波结构的数值研究

本文对1 1／2对转涡轮中激波及激波／叶排干扰等进行了详细的数值模拟。分析发现,1 1／2对转涡轮高压动叶流道中压缩波系与常规涡轮流道中的压缩波系存在明显的不同。1 1／2对转涡轮高压动叶吸力面60％轴向弦长处产生了一组压缩波,它与内伸波相交。在常规涡轮中,这组压缩波将不会出现;内伸波在吸力面的反射波很强,不能忽略。在常规涡轮中,内伸波的反射波可以忽略。由于尾迹及低压动叶的作用,高压动叶外伸波的影响范围和强度呈现周期性的变化。