超声速气流磁流体加速技术的应用与发展

分析了超声速气流磁流体加速的基本原理,主要从磁流体动力学(magnetohydrodynamics, MHD)加速方案、高超声速MHD 风洞及MHD 推进系统3 个方面对国内外研究进行了回顾和小结,提出了相应的关键技术和难点问题. 通过综述MHD 加速技术的应用和发展,认识到:国外的研究工作比较全面,国内则开展较晚且主要集中于数值模拟;磁流体加速的工作机理还不是很清晰,且还有较多工程实际问题需要解决.     

MHD控制超声速边界层的理论研究和数值分析

对MHD(mechanisms of magnetohy drodynamics)控制超声速平板湍流边界层的机理进行了理论研究和数值模拟. 理论上,采用等离子体低频近似碰撞频率模型,建立等离子体中电子和离子的力平衡方程,得到等离子体速度、极化电场以及边界层速度. 数值上,通过空间HLLE格式、LU--SGS时间推进求解时均磁流体动力学湍流方程,其中湍流模型采用sst--k\omega双方程模型. 研究结果表明:(1)边界层速度的理论结果和数值结果误差在7%范围内;(2)只有磁场而电场为零时,洛仑兹力起到减小摩阻的作用. 施加电场后,洛仑兹力能够加速边界层低速区流体;(3) 在边界层外层,越靠近壁面,作用参数越小;而在边界层近壁区黏性底层,虽然惯性力减小, 但黏性力却迅速增加,因此越靠近壁面,作用参数反而越大,加速低速流的代价增加.      

碳氢燃料超声速燃烧分区实验研究

高保真度空天发动机数值模拟通常基于快速化学反应火焰面假设,即超声速燃烧反应的特征尺度小于湍流Kolmgorov尺度,该模型方法对于氢气燃料仿真计算结果较好,但对于乙烯等碳氢燃料仍需进一步研究.受限于极端环境特种非接触测量技术,目前尚未见超声速燃烧火焰分区判别的实验研究,导致目前超声速燃烧火焰面模型适用性以及分区燃烧物理模型认识不清,进而也制约了数值发动机技术发展.本工作基于自主研发的MHz发动机内窥光纤传感器,针对单边扩张双模态冲压发动机超声速燃烧火焰分区开展实验研究,通过化学自发光信号的最小香农熵定义超声速燃烧的特征时间τsc,根据理论方法和来流工况估算了超声速燃烧的流动特征时间,结合分区燃烧理论分析了双模态超燃冲压发动机内碳氢燃料燃烧的分区情况.通过燃烧分区情况以及与泰勒尺度的比较结果,验证了碳氢燃料超燃冲压发动机典型飞行条件下燃烧室内超声速燃烧处于旋涡小火焰区域(Re?50 000; Da∈1.80～2.60, B区),多尺度湍流涡结构发挥重要作用,并随着相对于泰勒尺度的不同大小,分别对应了不同尺度的涡结构主导该过程.同时给出了当量比、通量比以及来流马赫数对燃烧特征时间的影响规律...     

一种超声速气动发电机实验装置及实验技术研究

在对超声速榴弹炮以及导弹引信供电系统的发电机研究中,过去常在闭口式风洞进行实验,但由于闭口式风洞中各种相似参数和特有的因素影响,使得实验数据与真实飞行数据完全不符。因此,多年来只得靠实弹打靶来完善设计方案。本文利用气体动力学和实验空气动力学理论,设计了一种适合气动发电机的超声速试验射流装置,并通过试验详细地研究了装置在出口的流场品质和不同几何外形气动发电机的转速特性,给出了合理的模型试验区、喷管出口流速的确定方法和射流实验区参考压力的选取方法,最后对模型实验结果与打靶遥测数据进行了对照。研究表明,利用超声速射流的工作原理进行导弹引信发电机的模拟实验是可行的,并且该装置可用于引信产品验收。     

超声速混合层中扰动增强混合实验

以基于纳米技术的平面激光散射(nano-based planar laser scattering, NPLS)流动显示技术定性研究了隔板扰动对超声速混合层($Mc=0.5$)的混合增强效果. 首先通过系列实验优化设计了扰动参数. 实验结果表明,超声速混合层对于从隔板引入的扰动非常敏感. 二维扰动的混合强化机制是提前混合层失稳位置,增厚混合层;而三维扰动的混合强化机制主要是通过诱导流向涡和展向运动,促进流动三维性质的发展. 总体而言,三维扰动的混合强化效果优于二维扰动. 由于是超声速混合层,隔板上的扰动片虽然很薄,但同样会引起激波的产生,是该方法中总压损失的主要原因.      

水下超声速气体射流回击现象的实验研究

对水下超声速气体射流的动力学行为进行了实验研究.通过流动可视化揭示了回击现象的演化过程,利用探针排获得了射流近场区的脉动压力分布,实验结果表明:在超声速喷管出口两倍直径处,射流形貌的变化导致气体中出现了大幅值压力脉冲.通过流场可视化与压力测量的同步校验,证实了喷口端面处回击事件与流场气相区中压力脉动之间相关性.     

铝电解槽磁流体稳定性研究

工业铝电解槽稳定性是铝电解生产中最重要的关键 问题之一.本文综述近20多年来国际铝电解槽稳定性研究的历史、现状和当前最新进展.主要内容包括铝电解槽稳定性的物理表观现象、磁流体(MHD)不稳定性机理、数学定义和判剧、三维和二维稳定性数学模型和数值求解方法(有限元法和谱方法), 同时给出230KA铝电解槽的稳定性分析算例.      

一种超声速风洞实验底阻修正方法

本文在文献［１］的基础上,在超声速风洞中进行弹丸测力实验时,考虑了尾支杆的影响,发展了一种修正支杆对底阻影响的方法,利用本方法可对实验底阻进行修正,其实验结果更趋合理     

磁流体密封水介质的自修复研究

通过磁流体密封水介质试验 ,观察分析了磁流体密封破裂后的修复过程 ,考察了导致磁流体密封破裂的因素对自修复程度的影响 .结果表明 :加压频次越多、密封破裂次数越少、磁场梯度越大、磁极靴的密封齿级数越小、磁极数越多、磁流体补给越充分及修复时间越长 ,则磁流体密封的自修复能力越强 .提高磁流体损耗后的补给程度可以大幅度提高自修复能力 .为了获得较好的自修复效果 ,宜采用多极 -多级密封结构 ,并保证足够的修复时间     

基于交通流实测数据的加速度研究

采用6 个不同密度下的交通流样本, 从视频中提取大量跟驰车对的车头间距、车速、加速度和速度差数据. 统计分析发现, 加速度值域关于0 点具有对称性; 不同密度下加速度分布具有不同特征; 车头间距、车速和速度差对加速度的影响程度随密度不同而不同. 利用实测数据对GM 模型和Bando 模型进行参数优化, 据此提出一种GM 模型的简化形式和一种改进的Bando 模型, 两者拟合该文实测数据的平均误差都在6% 以下.      

分离再附流动的实验研究

综述了二维前后向台阶,T型结构以及轴对称纯体等典型几何结构的分离再附流动的实验研究．介绍了不同模型分离再附流场特性以及它们之间的异同．详细论述了流动各参数对流场的影响,并简要分析了分离再附流动中存在的问题和发展方向．      

NUMERICAL STUDIES ON THE MIXING OF CH_4 AND KEROSENE INJECTED INTO A SUPERSONIC FLOW WITH H_2 PILOT INJECTION

Ｎｏｍｅｎｃｌａｔｕｒｅｃｉ 　Ｍａｓｓｆｒａｃｔｉｏｎ ;ｃｉｘ,ｃｉｙ,ｃｉｚ 　Ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅｓｏｆｇｒａｄｉｅｎｔｏｆｃｉｃｐ 　ＣｏｎｓｔａｎｔｐｒｅｓｓｕｒｅｓｐｅｃｉｆｉｃｈｅａｔｃＤ 　Ｄｒａｇｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｄ　ＤｒｏｐｌｅｔｄｉａｍｅｔｅｒＤ　ＴｏｔａｌｄｉｆｆｕｓｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔＥ　ＴｏｔａｌｅｎｅｒｇｙｐｅｒｕｎｉｔｖｏｌｕｍｅＦ　Ｄｒａｇｆｏｒｃｅｏｆｄｒｏｐｌｅｔｓｆｘ,ｆｙ,ｆｚ 　ＣｏｍｐｏｎｅｎｔｓｏｆＦ^Ｈｇ,^Ｈｌ 　Ｓｏｕｒｃｅｔｅｒｍｓｏｆｇａ…     

分离流动激振控制的实验研究

综述了二维后向台阶、翼型以及轴墩称钝体等典型分离流动激振控制的实验研究．分析了激振控制分离流动的作用机理,得到了一个具有普适性的最佳激振频率范围．另外,介绍了目前常用的激振手段,并对其发展方向进行了展望      

两相流场粒子成像测速技术(PTV-PIV)初探

在单相ＰＴＶ－ＰＩＶ研究基础上，研究液固两相流场粒子成像图像数字测速技术．首次用ＰＴＶ技术得到直槽道中液固两相流场二维瞬时全场两相流速分布．初步探讨了两相ＰＴＶ－ＰＩＶ技术中与单相ＰＴＶ－ＰＩＶ测速技术的关键不同之处，提出两相ＰＴＶ－ＰＩＶ测速采样的两相相容性准则．为深入研究两相流场粒子成像测速技术奠定了基础．     

聚变堆相关的液态金属膜流初步实验研究

在磁约束核聚变堆的面对等离子部件设计中,液态金属锂膜流因具有带走杂质、保护面对等离子固壁等优点而被认为是优选方案之一. 然而,如何克服聚变堆中强磁场环境下产生的磁流体力学效应并形成大面积均匀铺展锂膜流动是目前亟需解决的问题.本文通过搭建室温液 态镓铟锡回路和高温液态锂回路,开展了两种不同特性的液态金属膜流实验, 并采用传统可视化方法获得了展向磁场存在时镓铟锡和锂在导电底板形成的液膜流动表面特征.实验结果 表明: 无磁场时,两种液态金属膜流流动表面波动特性与常规流体膜流均一致, 即随着流动雷诺数的增加表面波动变得更为混乱; 而展向磁场存在时,镓铟锡膜流表面波动变得更为规则, 且沿着磁场方向平行排列,表现为拟二维波动的特征; 而锂膜流却产生了明显的磁流体 力学阻力效应,表现为在流动方向局部产生锂滞留现象, 且滞留点随雷诺数增大向下游移动. 最后通过膜流受力分析,进一步阐述了锂膜流受到比镓铟锡膜流更为严重磁流体力学效应影响的原因.      

多孔介质中稳定泡沫的流动计算及实验研究

将多孔介质简化为一簇变截面毛管束,根据多孔介质的颗粒直径、颗粒排列方式、孔喉尺度比及束缚水饱和度,计算出变截面毛细管的喉道半径和孔隙半径. 在考虑多孔介质喉道和孔隙中单个气泡的受力和变形基础上,利用动量守恒定理,推导出单个孔隙单元内液相的压力分布和孔隙单元两端的压差计算公式,最终得到多孔介质的压力分布计算公式. 利用长U型填砂管对稳定泡沫的流动特性进行了实验研究. 研究结果表明:稳定泡沫流动时多孔介质中的压力分布呈线性下降,影响泡沫在多孔介质中流动特性的因素包括:多孔介质的孔喉结构、泡沫流体的流量和干度、气液界面张力、气泡尺寸,其中孔喉结构和泡沫干度是影响泡沫封堵能力的主要因素.关键词: 稳定泡沫;多孔介质;变截面毛管;流动;表观粘度;压力分布;实验研究