数值研究激波与旋涡的相互作用

从非定常形式的Euler方程出发,数值模拟了运动激波与旋涡相互作用的非定常流动过程。为保证激波具有较高的分辨率,采用对称型TVD格式进行了数值计算。结果表明。这样可以有效地模拟流场中一些复杂的流动现象,如激波变形、激波分叉和三波点的形成,以及旋涡结构的变化过程等,并与已有的实验流动显示相符良好。同时,也是对TVD格式求解这类问题的一次初步尝试。     

激波在不同三角楔面内传播特性的数值研究

激波在收缩管内的反射与聚焦会形成高温高压区,点燃可燃混合气并诱导爆轰,因此对爆轰发动机的点火具有重要意义。本文基于二维N-S方程,结合五阶WENO格式,对马赫数为6的正激波在三角形楔面内的反射与聚焦现象进行了数值研究。结果表明,楔面顶角的变化对激波的反射类型以及聚焦均有明显的影响:随着顶角的增加,激波的反射类型从马赫反射向过渡马赫反射和双马赫反射转变,且壁面上的前向射流更加明显;三波点第一次碰撞产生的高温高压区足够满足可燃混合气体的点火条件,且其温度与压力值随顶角的增加而增大;当激波在楔面上发生临界双马赫反射时,温度与压力达到最大;当顶角增加到一定值时,激波在楔面反射转变为常规反射,不会产生激波对碰,因而没有高温高压区。     

聚心火焰与激波相互作用的数值研究

基于带化学反应的2维轴对称Euler方程,利用带有monotonized centered(MC)限制器的波传播算法,在两端敞开的圆桶中对惰性介质的聚心激波和氢气-空气混合物的聚心火焰与激波的相互作用进行了数值模拟。数值结果表明,在惰性介质中激波在轴心的每次汇聚均可成长为马赫干,马赫干的追赶使激波得到一定程度的增强,但整体还呈下降趋势。在氢气-空气混合物中,燃烧诱导的激波,由于与火焰的反复作用,使激波在轴心处产生马赫干的频率和强度皆高于惰性介质中的情形。同时,火焰在与激波的相互作用过程中发生失稳变形,使其形状呈扁平头部的蘑菇云。     

激波绕半菱形柱体运动的实验研究和数值模拟

激波绕过半菱形柱体流场是十分复杂的,本文用实验方法和数值模拟对该问题作了系统研究。实验是在UTIAS激波管上进行的,数值模拟采用2阶精度Godunow格式,最后实验结果和数值模拟作了比较。     

非定常IV型激波－激波干扰数值模拟研究

对IV型激波-激波干扰非定常流动进行了数值模拟，采用有限体积法，结合空间半隐的二阶OC-TVD格式与时间二阶显式Runge-Kutta法求解三维全N-S方程，并且使用了Baldwin-Lomax代数湍流模型．得到了周期性流场变化结果，其中包括周期变化的双涡结构．壁面压强峰值的大小和位置均呈周期性振动，壁面压力系数和Stanton数的时均分布与定常实验结果符合得较好．并从一周期内流场结构的扰动传播出发，分析了结构变化的相位，说明了IV型激波一激波干扰内在的非定常性机理与影响因素。     

环形激波绕射, 反射和聚焦的数值模拟研究

应用频散可控耗散格式对环形激波在圆柱形激波管内绕射、反射和聚焦的问题进行了数值模拟研究，研究结果表明环形激波形成强烈聚焦的关键因素是环形激波在圆柱形管道中向对称轴运动时，绕射激波就不断加速而不作通常情况下的衰减；不同马赫数的环形激波绕射也产生不同马赫数及形状的准柱形激波，导致聚焦效果和位置的差异；另外，环形激波聚焦于一个点而圆柱形激波聚焦于一条线，两者有本质不同。     

球面激波在固壁的马赫反射

本文对金属丝电爆炸产生球面激波在固壁上的马赫反射作了研究。由高速纹影摄影系统将反射图像拍摄下来,从而测量出马赫杆在壁面的马赫数,进而得到超压以及三波点迹线,实验结果与我们的数值计算结果作了比较,二者比较吻合。     

运动激波扫过运动平板的非定常传热问题

本文研究运动激波扫过平板边界层后边界层随时间的演化。首先将霍华斯变换推广到非定常情形并引入相似参数将非定常问题化为有两个前缘的边界层问题。这时抛物型方程是奇异的。在激波附近用奇异摄动法求出级数解,然后用逆风格式数值积分将解延拓到平板前缘。     

反射激波作用下三维凹气柱界面演化的数值研究

激波与气柱相互作用是Richtmyer-Meshkov不稳定性研究的经典案例.单次激波与二维气柱相互作用已得到广泛关注,但是反射激波再次冲击气柱(尤其是三维气柱)的研究较少,相关演化规律和机理尚不清楚.反射激波再次冲击演化中的气柱界面会产生新的斜压涡量,影响涡量的输运和分布,从而影响界面的演化.本文采用自主开发的HOW...     

激波反射现象的研究进展

本文依据激波反射研究领域最近十几年的研究热点问题,回顾了激波反射现象的主要研究成果,并着重介绍了以下几个方面的最新研究进展:弱激波的反射结构、运动激波反射的各种反射结构及转变准则、定常激波反射波形结构的分析以及激波反射的迟滞现象等.考虑到三维激波反射重要的工程应用需求,本文还介绍了三维激波反射的研究进展与目前存在的问题.最后,作者从激波动力学的视点出发,探讨了激波反射方面未来的学科发展方向和需要深入研究的问题.      

激波和湍流相互作用的数值模拟

本文综述了关于激波和湍流相互作用数值模拟的近期研究进展, 主要包括激波和均匀各向同性湍流、激波和湍流边界层、激波和射流以及激波和尾迹的相互作用. 激波和湍流相互作用特性受到诸多因素的影响,如激波的强度、位置、形状和流动边界以及来流的湍流状态和可压缩性等. 激波和湍流的相互作用会引起流场结构、激波特性和湍流统计特性的显著变化. 最后简要讨论了激波和湍流相互作用数值研究需要关注的一些问题.      

激波点燃粉尘的数值模拟研究

建立了用于模拟入射激波后可燃粉尘颗粒点火的一维非定常两相化学反应流模型，该模型考虑了气固两相间的相互作用、粉尘颗粒的加速、加热和化学反应。粉尘颗粒着火前的化学反应用发生在颗粒外表面和内孔表面的非均相反应描述，颗粒内部的温度变化用一含有化学反应源项的非稳态热传导方程来描述，以颗粒外表面温度的突跃上升作为可燃粉尘颗粒点燃的着火条件。我们用该模型和ＰＳＩＣ方法，对由中等强度激波从纯气相传入煤粉－氧气混合物而引起的非定常两相流动现象，包括气固两相间的相互作用、粉尘颗粒的加速、加热以及点火过程进行了数值研究，计算了对应于不同载荷比、马赫数为４～５的入射激波后煤尘颗粒的点火延迟时间，分析了由于可燃粉尘颗粒的存在，入射激波及波后气固两相流动参数的变化规律。数值计算结果与实验数据符合较好。文中建立的模型和所用的基于ＰＳＩＣ算法的数值方法，用最自然的方式描述气固两相流动，即用连续流模型（欧拉方程）描述输运相（气相）的流动，用轨道颗粒模型（拉格朗日方程）描述分散相（颗粒相）的运动。用这种方法模拟含尘介质中激波后颗粒的点火是很有效的，它可以清楚地确定哪一个颗粒群最先着火，它的初始位置以及在整个点火延迟时间内     

含尘气体中的非定常激波

对含尘气体中非定常激波进行了实验研究和数值模拟。实验在垂直两相激波管中实现。气体与含尘气体之间分界平面的形成以及分界面处粉尘浓度的瞬时测定为实验研究提供了有效的手段。在双流体模型基础上,应用时间分裂法,将ＴＶＤ格式和ＭａｃＣｏｒｍａｃｋ格式分别应用于气相和颗粒相方程,模拟了激波与含尘气体相互作用现象,讨论了含尘气体物理参数对激波传播行为的影响。计算结果与实验现象符合较好。     

激波与转捩边界层干扰非定常特性数值分析

激波与边界层干扰的非定常问题是高速飞行器气动设计中基础研究内容之一.以往研究主要针对层流和湍流干扰,在分离激波低频振荡及其内在机理方面存在着上游机制和下游机制两类截然不同的理论解释.分析激波与转捩边界层干扰下非定常运动现象有助于进一步加深理解边界层状态以及分离泡结构对低频振荡特性的影响规律,为揭示其产生机理指出新的方向.采用直接数值模拟方法对来流马赫数2.9,24?压缩拐角内激波与转捩边界层干扰下激波的非定常运动特性进行了数值分析.通过在拐角上游平板特定的流向位置添加吹吸扰动激发流动转捩,使得进入拐角的边界层处于转捩初期阶段.在验证了计算程序可靠性的基础上,详细分析了转捩干扰下激波运动的间歇性和振荡特征,着重研究了分离泡展向三维结构对激波振荡特性的影响规律,最后还初步探索了转捩干扰下激波低频振荡产生的物理机制.研究结果表明:分离激波的非定常运动仍存在强间歇性和低频振荡特征,其时间尺度约为上游无干扰区内脉动信号特征尺度的10倍量级;分离泡展向三维结构不会对分离激波的低频振荡特征产生实质影响.依据瞬态脉动流场的低通滤波结果,转捩干扰下激波低频振荡的诱因来源于拐角干扰区下游,与流场中分离泡的收缩/膨胀运动存在一定的关联.     

后掠激波诱导分离特性的马赫数影响

利用壁面压力测量和表面油流显示技术对后掠压缩角产生的激波与湍流边界层干扰进行了实验研究。主要研究了来流马赫数对干扰分离特性和起始分离条件的影响，实验的马赫数为１．７９，２．０４和２．５０，相应的雷诺数为２．４２—２．４７×１０￣７／ｍ．实验模型共１５个，其后掠角变化范围是０°—６０°，流向压缩角变化范围是１０°—３０°，实验结果表明，与二维干扰不同，对于大后掠角的三维干扰来说，分离线上的压比和起始分离时的无粘激波压比近似相等，且是一个与马赫数无关的常数。     

由激波诱导产生的二维圆柱上的非定常阻力

激波管是一种具有结构简单、参数可调范围大和使用方便等特点的气体动力学试验装置。因此,它在跨声速和超声速流的实验研究中得以广泛地应用。但由于激波管中气流的持续时间很短(通常为毫秒量级),所以在激波管中直接测量试验模型上的压力分布等气动参数将是十分困难的。本文利用马赫-曾德干涉仪在激波管中拍摄出激波在二维圆柱上的绕射和反射时的干涉图,直接给出了整个流场的密度分布。再由波后气流满足等熵关系式,可以计算得到流场的压力分布和非定常阻力的大小。