流经矩形喷嘴的超音速射流啸叫模式切换的实验研究

通过实验分析比较了对于相同高度不同宽度的四种矩形喷嘴, 当压力在0.2 MPa到0.8 MPa 之间变动时, 欠膨胀超音速自由射流的啸叫特性和对应的流场纹影结构.结果表明: 不同宽高比喷嘴的超音速自由射流辐射噪声中的单频离散啸叫存在两种不同的啸叫模式, 且随着射流压力的变化会出现模式间的切换.所谓模式切换是指不同模式的轮流占优和消失的现象.啸叫模式间的切换及占优区间的宽度随着喷嘴宽高比的减小而缩短.其中, 宽高比为2的射流啸叫模式中的一种模式所占的射流压降区间异常小, 此现象未在相关文献中提及; 喷嘴宽高比为4的射流啸叫占优区间内, 啸叫基频-射流压力曲线在0.49 MPa时出现了间断、跳跃现象.随着压力的降低激波纹影的轴线出现了抖动, 不同宽高比下流场结构的稳定性随压力变化的规律各异.射流压力在0.70 MPa到0.45 MPa区间内, 随着宽高比减小, 第一波节格栅的激波致密度减弱, 且出现轴向脉动, 第二波节后方的流场变得紊乱; 当射流压力低于0.45 MPa 时, 激波串结构随着宽高比的增大而趋于稳定, 在此压力区间内周期性激波格栅结构较射流压力在0.45 MPa以上时有所减弱.结合啸叫频谱及纹影图分析, 可初步认为, 第二、三波节也会对啸叫频率的声压幅值起到反馈增强作用.     

天然气/柴油双燃料缸内直喷特性研究

为分析高压直喷(HPDI)模式下天然气/柴油双燃料射流特性,在高压定容燃烧弹中利用高速纹影法开展了天然气/柴油双燃料缸内直喷试验,探究了双燃料模式下天然气喷射压力、喷射脉宽及环境压力对天然气射流贯穿距和射流锥角的影响规律。结果表明：随着喷射压力的增大,天然气射流贯穿距增大,射流锥角减小;随着喷射脉宽的增大,天然气射流贯穿距和锥角增大;随着环境压力的增加,天然气射流贯穿距减小,射流锥角增大。在较小的喷射压力或较大的环境压力条件下,柴油射流阻碍天然气射流向前发展。当喷射压力为2 MPa时,5 ms时刻的双燃料天然气射流贯穿距比单燃料减小2.3 mm,降幅约为7.5%。当环境压力为0.9 MPa时,5 ms时刻的双燃料天然气射流贯穿距比单燃料减小1.8 mm,降幅约为4.4%。     

层流与湍流等离子体冲击射流特性比较

本文采用数值模拟方法,对层流与湍流氩等离子体射流在空气环境中冲击平板时的流动与传热特性进行了对比研究.结果表明,在平板和射流进口间的距离较大时,平板的存在只对其附近的射流参数分布有较大影响,层流等离子体冲击射流的温度与轴向速度的轴向梯度明显小于湍流等离子体冲击射流情形;由于在平板表面形成的径向壁面射流对引射的附加贡献,层流和湍流等离子体冲击射流对环境空气的引射量明显增加.     

基于FLUENT的动态高压微射流内部孔道流场的数值模拟

 以动态高压微射流振荡反应腔内部孔道流场为研究对象,建立了反应腔内部孔道的几何模型和网格模型,选择SIMPLEC算法和RNG k-ε模型,运用FLUENT软件对流场进行数值模拟,以揭示流场内各位置上的静压和速度分布。计算结果表明：高速射流撞击增加了流场内的撞击作用力,流速的急剧增加使速度梯度迅速加大,剪切应力极大增强,保证了微射流均质机极佳的作用效果;由于反应腔内部孔道流场的静压与速度变化相反,静压的急剧变化使空穴效应及压力释放效应极大增强,空穴作用力得以强化,对微射流均质机反应腔内的材料产生“腐蚀”作用。设计反应腔内部孔道时,在保证撞击区速度的前提下,应适当减小进料速度和分流管进口拐角角度,并选用较短的出料管。     

非均衡进气双面离心压气机流场差异分析

采用数值方法研究了在蜗壳内部和压气机进口非对称流场的耦合作用下,非均衡进气双面离心压气机周向流场结构的差异。结果表明:后方叶轮进口轴向速度在周向上存在着较大的差异,且其不均匀程度随流量增大而增强。叶轮不同叶片槽道出口射流-尾迹结构也存在差别,蜗壳内高静压区对应的叶片槽道尾迹区域增大。扩压器内周向静压分布形式与蜗壳内部相同,不同半径位置上静压分布的不均匀程度基本相同,但随着流量的减小,不均匀程度减弱。     

电弧射流激励器工作特性仿真研究

为了在高超声速飞行器减阻中达到更好的减阻效果,设计了一种电弧射流等离子体激励器。采用有限元法求解非线性多物理方程,对此电弧射流等离子体激励器的工作特性进行了数值模拟,得到了激励器内部的电势、压力、温度和速度分布,综合分析了进气口气体速度、放电电流、激励器管道半径对电势、压力、温度和速度分布的影响。获得了全面的影响规律,通过仿真结果还得到:电弧射流等离子体激励器可产生最高温度为8638 K、最高速度为655 m/s的等离子体射流。当电流20 A,进气速度0.5 m/s,管道半径2.5 mm时,所需功率最小;当电流20 A,入口气体流速5 m/s,管道半径2.5 mm时,出口处平均温度最高;当电流20 A,进口气体速度10 m/s,管道半径2.5 mm时,出口处平均速度最大。并对仿真得到的放电电压进行了实验验证,在等离子体参数相似的情况下,实验结果与仿真结果吻合较好。     

动态瞬时高压作用对膳食纤维酶解速度的影响

 对纤维素酶对动态瞬时高压处理后膳食纤维的酶解速度进行了研究。豆渣膳食纤维（Dietary Fiber,DF）经微射流均质机的瞬时高压作用（Instantaneous High Pressure,IHP）,在不同的压力以及同一压力的不同作用次数下产生不同粒径和密度,它们对应的酶解速度是不同的。纤维素酶水解膳食纤维产生纤维二糖和葡萄糖等还原糖,通过测定水解后还原糖的含量判断不同粒径和密度的膳食纤维的酶解速度。结果表明,在40～90 MPa的压力范围内随压力的增大物料粒径呈显著下降,物料密度随之增大,酶解速度增大,在90 MPa的均质压力下物料粒径达到最小,为202.4 nm;当压力继续增大时,物料因膨化作用,物料粒径呈增大趋势,但其密度开始减小,酶解速度继续增大,在140 MPa的均质压力下物料密度达到最小,为1.027 g/mL,此时酶解后还原糖含量最高,酶解速度最快。压力超过140 MPa后,由于超微颗粒间的团聚,物料的密度和粒径均增大,酶解速度减小。在90 MPa和140 MPa下对分别对物料进行多次的瞬时高压处理,发现随处理次数的增多物料粒径增大,体系密度先减小后增大,酶解速度减小。     

层流等离子体射流温度与速度测量

本文分别应用光谱诊断、水冷皮托管及小尺寸杆状热流探针,对自由射入空气中的纯氩层流等离子体射流中心最高温度、滞止压力以及最大热流密度进行了测量,由测量结果导出了层流射流的中心最大速度,得到了射流气体温度和速度的轴向分布及其随工作电流和气流量变化的一些规律,探讨了气体的温度和速度对其向探针表面换热系数的影响。     

微喷管甲烷非预混射流火焰燃烧特性实验研究

为发展微尺度燃烧器并拓展微尺度燃烧理论,对具有外部伴流空气的甲烷非预混微喷管射流火焰燃烧特性进行了实验研究。微喷管采用内径为710μm、425μm及280μm的不锈钢管,通过实验得到了微喷管非预混射流火焰的火焰形态、高度、最小熄灭流速及吹熄极限,并与常规尺度(管内径2 mm)非预混射流火焰进行了对比。研究表明微喷管射流火焰只有层流火焰一种形态;微喷管射流火焰高度主要取决于燃料流速而不受外部伴流速度影响;微喷管射流火焰的吹熄极限随伴流速度先增加后减小,而微射流火焰的最小熄灭流速受伴流空气速度影响较小,随管径减小微喷管射流火焰的可燃范围急剧减小。     

超音速蒸汽浸没射流与凝结换热的实验研究

本文对压力为0.20～0.40 MPa的蒸汽在27℃环境水中超音速浸没射流与凝结换热进行了实验研究.实验与分析结果表明:流场分为汽羽、汽液界面、汽液两相混合区和环境水四个区域;随着蒸汽入口压力的增大,依次出现圆锥-椭圆双层汽羽、圆锥形汽羽和椭圆形汽羽;当蒸汽入口压力从0.20 MPa增大到0.40 MPa时,汽羽的无量纲穿透长度从2.20近似线性增大到4.20,射流平均凝结换热系数随着蒸汽入口压力的增大缓慢减小,其数值在0.67～0.80 MW/(m2·℃)之间变化.     

直流电压等离子体点火器点火特性研究

使用自行设计的等离子体点火装置,对极间电流随进口氩气压力的变化规律以及不同进口氩气压力和工作电流条件下等离子体点火器出口射流特性进行了实验研究。利用四通道CCD光谱仪测量了点火器出口处的发射光谱特征,并计算了等离子体的电子温度。结果表明,极间电流随进口氩气压力的增大而逐渐减小,等离子体点火器的射流长度随进口氩气流量的增大先增大后减小,随工作电流的增大而增大,等离子体点火器的工作电流随进口氩气流量的增大而减小,随电源输出电流增大而增大,等离子体射流的电子温度随氩气流量的增大而降低,随工作电流的增大而升高。所得结果对等离子体点火系统在航空发动机的实际应用具有一定的指导意义和参考价值。     

紫外光诱导纳米颗粒胶体微射流碰撞特性（英文）

采用流体力学模拟方法,建立了垂直非淹没射流的计算流体动力学模型,研究了在紫外光诱导纳米颗粒胶体射流中用直径D为500μm的微孔光-液耦合喷嘴进行抛光加工的冲击动力学,分析了非淹没射流条件下光-液耦合喷嘴内、外的流场分布情况及其对工件表面的喷射冲击特征,对紫外光诱导纳米颗粒胶体射流冲击动力学过程进行了理论描述。计算结果表明,在1MPa入射压力时,微孔光-液耦合喷嘴口TiO2胶体的喷射速度约为30m/s,其集束匀速喷射距离约为5mm。在此喷射距离时进行垂直喷射,在胶束与工件表面的冲击射流作用区域,其射流静压最大值分布在射流冲击作用中心,但射流动压及射流合成速度在此区域的截面分布呈"W"形状,射流动压及速度最大值出现在胶体射流束的外环直径约2mm处。     

紫外光诱导纳米颗粒胶体微射流碰撞特性（英文）北大核心CSCD

采用流体力学模拟方法,建立了垂直非淹没射流的计算流体动力学模型,研究了在紫外光诱导纳米颗粒胶体射流中用直径D为500μm的微孔光-液耦合喷嘴进行抛光加工的冲击动力学,分析了非淹没射流条件下光-液耦合喷嘴内、外的流场分布情况及其对工件表面的喷射冲击特征,对紫外光诱导纳米颗粒胶体射流冲击动力学过程进行了理论描述。计算结果表明,在1MPa入射压力时,微孔光-液耦合喷嘴口TiO2胶体的喷射速度约为30m/s,其集束匀速喷射距离约为5mm。在此喷射距离时进行垂直喷射,在胶束与工件表面的冲击射流作用区域,其射流静压最大值分布在射流冲击作用中心,但射流动压及射流合成速度在此区域的截面分布呈"W"形状,射流动压及速度最大值出现在胶体射流束的外环直径约2mm处。     

超高压淹没射流破岩规律实验研究

 超高压水射流在石油工业中的应用主要是超高压射流联合机械破岩。对超高压淹没射流破岩规律的研究,其目的在于为超高压PDC钻头的研制提供依据。研究发现：影响超高压射流破岩的主要因素有压力、喷距、喷嘴移动速度和喷射角度等,射流压力越高破岩效果越好,最优喷距随着压力的升高而升高,200 MPa时最优喷距达到32.5倍喷嘴直径,150 MPa时破岩效率最高,喷射角度在12.5°时破岩效果最好。     

中心体喷嘴自由水射流的波动与能量分布特性

在15 MPa射流压力条件下,对一中心体喷嘴进行自由水射流实验.用高速数码摄像技术捕捉喷嘴出口附近的瞬态流束界面波动特征;用相位多普勒粒子分析技术(PDPA)测量充分发展的射流场中的平均速度、均方根速度及液滴粒径分布.研究表明,中心体喷嘴射流流束的界面波动明显,远离喷嘴出口,流束界面波动频率降低,但波动幅值增大;射流轴...     

高压氢气泄漏扩散数值模拟

氢气从高压储存系统的泄漏将在出口外形成高压、欠膨胀射流,并形成被称为马赫盘的激波结构。本文利用二维轴对称几何模型模拟了储存压力为10 MPa和20 MPa的高压氢气通过直径为1 mm的小孔向周围环境泄漏的问题,并与理论计算结果和实验数据进行了比较。模拟结果表明:由于存在黏性阻力,气流通过马赫盘后的速度低于理论计算的速度,马赫盘下游沿径向的气流参数分布并不均匀。氢气沿射流中心线的浓度分布与实验数据基本吻合。模拟还得到了不同滞止压力下氢气的最低可燃轮廓和泄漏出口外的危险区域范围。     

过膨胀超音速蒸汽浸没射流凝结的实验研究

针对入口压力为 0.20～0.60 MPa 的饱和蒸汽在 20～70℃过冷水中形成的过膨胀超音速蒸汽浸没射流凝结进行了实验研究.观察到了渐缩形、收缩-膨胀-收缩形、收缩-膨胀-发散形和发散形汽羽,汽羽形状主要由入口蒸汽压力和过冷水温度决定,给出了汽羽凝结形态分布图.同时,给出了汽羽的轴向和径向温度分布规律,在靠近喷嘴附近,温度变化幅度比较大,在远离喷嘴处,温度变化趋于平缓;汽羽的轴向温度分布与汽羽的形状密切相关.     

平面倾斜冲击射流场的数值分析

采用SIMPLE算法和RNGk-ε湍流模型,对平面射流倾斜冲击平板的半封闭空间内的流场进行了数值分析。针对喷口宽度B=10mm、冲击高度H=2B和射流雷诺数Re=20000的流场,分别得到了三种射流倾角下的速度、流函数、压力和湍动能分布。计算结果表明,射流倾角的变化对流场结构具有显著的影响。当倾角减小时,左侧回流区变小,而右侧回流区变大,最大压力区和最大湍动能区都随着滞止点的左移向流场的左侧移动。     

蒸汽射流压力振荡传播特性实验研究

对蒸汽质量流率298 kg/(m~2·s),水温20~70℃的蒸汽射流凝结压力振荡的传播特性进行了实验研究。发现不同无量纲轴向距离处的压力振荡波峰波谷基本吻合,随无量纲轴向距离的增加压力振荡频率不变,振荡强度衰减,且没有出现反射叠加现象。压力振荡幅值随无量纲轴向距离的增加而减小,随冷却水温的升高先增大后减小.根据实验结果拟合得到了不同工况和空间位置压力振荡幅值的实验关联式,预测误差在-30%~20%以内。     

立方型状态方程的空气焦-汤效应数值模拟

气体在经过小孔、狭缝、节流阀等流阻元件时,由于存在焦-汤效应,压力急剧下降,温度也将发生变化。为此,首先建立了气体通过节流孔的简化模型;其次,采用Gambit软件对模型进行网格划分;最后对满足立方型状态方程的实际空气,利用Fluent软件模拟进口压力0.3—0.6MPa和进口温度283—298K下,空气节流前后的温度变化。结果表明:保持出口压力不变,随着进口压力的增加,节流前后温降也增加;随着进口温度的升高,温降呈现减小趋势,但趋势缓慢;保持进口压力和温度不变,随着出口压力的增加,温降将减小;并与相关文献对比,得到了相同的结论,侧面验证了数值模拟的可行性。