激波稳定性(Ⅰ)

本文先用Ljapunov泛函方法求解在具有任意状态方程的流体介质中传播的一维平面定常激波在一维小扰动下的运动学稳定性问题。 得出激波的运动学稳定条件为—l≤i~2(dv/dp)_H≤1,其中—不i~2是激波Rayleigh线的斜率,(dv/dp)_H是Hugoniot线斜率。此条件与过去从唯象方法得到的条件一致,然后通过对这一条件能量意义的分析,提出一般的激波一维稳定性的能量原理,并由此得出激波能量稳定条件是—1≤i~2(dv/dp)_H≤l—p_o/p_l, 其中P_O、p_l分别是波前、波后压力,这个条件比运动学条件为优,由本文首次得到。     

关于等温间断的稳定性

本文考察导热流体中等温间断的稳定性问题,给出了稳定间断的条件:p_1/p_0>r/(2-r),它比等温间断的产生条件(p_1/p_0>(r+1)/(3-r))要强。     

激波主导流动下壁板的热气动弹性稳定性理论分析

针对激波主导流动下弹性壁板的热气动弹性稳定性分析问题,建立了基于当地活塞流理论的分析模型,并用数值仿真方法来验证其正确性. 首先基于Hamilton原理和Von-Karman大变形理论,建立壁板的热气动弹性运动方程,其中假设壁板受热后温度均匀分布,激波前后区域的气动力模型采用当地一阶活塞流理论;利用Galerkin方法将具有连续参数系统的偏微分颤振方程离散为有限个自由度的常微分方程;基于李雅普诺夫间接法将非线性颤振方程组在平衡位置处进行线化,再用Routh-Hurwits判据来判断线性系统的稳定性,从而来推论出非线性颤振系统的气动弹性稳定性. 在时域中采用龙格--库塔法对非线性颤振方程进行数值积分,得到壁板非线性颤振响应的时间历程,与理论分析结果进行对比. 研究结果表明,壁板受到斜激波冲击时,更容易发生颤振失稳,并且激波强度越大,极限环幅值和频率越大;激波主导流场中的壁板失稳边界不同于传统单纯超声速气流中壁板颤振的失稳边界;只有在斜激波前后不同的动压值都满足颤振稳定性边界的条件下,壁板才可能保持其气动弹性稳定性.      

气体—颗粒激波松弛流动特性研究

提出了一种解气体－颗粒粘性流动方程组的方法。在此方法中，计算颗粒阻力时采用Ｈｅｎｄｅｒｓｏｎ阻力系数公式，得到两相激波松弛流动数值结果，并与实验结果作了比较，详细分析和讨论了计算结果，揭示了两相激波松弛流动特性随颗粒容积比分的变化规律     

在超声速流动中激波与边界层的干扰特性

激波与物面边界层的干扰涉及可压缩流动的稳定性、转捩、分离等问题,直接影响到飞行器的阻力、表面热防护和飞行性能等工程技术问题。首先总结了前人对于激波与边界层的干扰所做的工作,之后重点研究和对比分析了超声速与跨声速流动中,正激波、斜激波以及头部激波对于飞行器层流和湍流边界层的干扰影响。激波强度的不同对边界层干扰作用不同,在强干扰情况下将会引起边界层分离和翼型失速。     

轴对称管口激波绕射诱导的复杂两相流动的数值分析

基于稀颗粒群假定下的双流体简化模型,采用具有高精度、高分辨率的数值方法,研究了粉尘气体中轴对称管口激波绕射诱导的复杂两相流动。得到非平衡两相流动不同于纯气体流动的一些基本物理特征,以及粒子物性参数改变对这些特性的影响。     

粘性金属中的正激波稳定性问题

G.H.Miller等把高压金属中的粘性激波作为强间断面处理,解析推论出:在大粘性系数条件下小扰动激波是不稳定的,物质粘性是导致失稳的因素。本文中针对平面正激波,认为高压金属中的粘性激波的物理量是连续变化的,利用线性稳定性理论,用数值解推论出:在有粘性条件下小扰动激波都是稳定的,物质粘性是致稳的因素。指出G.H.Miller等获得错误结论的原因在于:从无粘流动解推出的小扰动边界条件导致粘性激波小扰动增长。给出实验确定的小扰动速度梯度的边界条件,这样既可以把粘性正激波作为强间断面处理,也能够保证粘性正激波的稳定性。     

关于中间激波的回顾与展望

中间激波是传统理论认为在物理上不可能实现的一类激波，但是，近年来在数值模拟中发现了它的结构，因此，在国际上引发了中间激波研究的高潮．本文首先系统地回顾了中间微波的研究历史和发展，给出了传统的激波演化性理论，并通过引用演化性理论，否定了中间激波的稳定存在．然后，介绍了近年来在中间激波方面的工作及进展情况，最后阐述了我们的一些看法．     

可压缩流向涡与反向运动激波相互作用的实验

对可压缩流向涡与反向运动激波相互作用的现象进行了实验研究．实验在９４ｍｍ×９４ｍｍ的方截面激波管中进行．在实验段上游安装了一个有限翼展平直机翼．当入射激波通过机翼后，波后２区气流在模型翼尖诱导出一条流向涡．入射激波在激波管端壁反射后，形成的反射激波在观察窗处和流向涡发生作用．实验中拍摄了激波与流向涡作用全过程的纹影照片，观察到了一些和定常激波与旋涡相互作用不同的现象，并与数值计算结果进行了初步比较     

关于C-J爆轰与定压爆燃的稳定性

本文从不可逆过程热力学的某些原理出发,讨论了平面爆轰波和爆燃波的稳定性问题,证明了只有C-J爆轰和定压爆燃是热力学稳定的。     

跨声速激波边界层相互作用的被动控制

运用激波管风洞在Ｒ＿（ｅ∞／ｍ＝３×１０￣７，Ｍ＿∞＝０．７３２－０．８１７范围内，在厚度比为１２％的圆弧翼型半模型和厚度比为１４％的超临界翼型半模型上，对被动控制现象及其若干规律进行了实验研究。结果表明，不同空腔深度的开孔壁和导管连通壁均可对壁面激波与边界层的相互作用实现被动控制，使得沿以上两种模型表面的马赫数峰值、逆压力梯度和激波强度明显减小。这对于飞行器将起到减阻作用，如将这一原理和方法用于超、跨声速压气机内激波与边界层相互作用的控制，将提高压气机的效率和工作的稳定性。     

跨声速激波边界层相互作用的被动控制

运用激波管风洞在Ｒ＿（ｅ∞／ｍ＝３×１０￣７，Ｍ＿∞＝０．７３２－０．８１７范围内，在厚度比为１２％的圆弧翼型半模型和厚度比为１４％的超临界翼型半模型上，对被动控制现象及其若干规律进行了实验研究。结果表明，不同空腔深度的开孔壁和导管连通壁均可对壁面激波与边界层的相互作用实现被动控制，使得沿以上两种模型表面的马赫数峰值、逆压力梯度和激波强度明显减小。这对于飞行器将起到减阻作用，如将这一原理和方法用于超、跨声速压气机内激波与边界层相互作用的控制，将提高压气机的效率和工作的稳定性。     

铝粉尘激波点火的实验研究

介绍了用铝粉氧化反应所生成的中间产物的特征光谱来测量铝粉尘受激波点火延迟的新的测量方法．测量了三种不同形状和粒度的铝粉尘激波点火延迟。由实验证实，当环境温度在Ａｌ２Ｏ３的熔点左右时，铝粒都可以被点火；由于机制的不同，点火延迟相差很大；点火延迟与铝粉颗粒的比表面积和活性铝的含量有关，而与环境的氧含量基本无关；但当氧含量小于１％时，铝粉尘不能被点火。     

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     

激波在波前有非均匀定常流动的变截面管道中传播及波后流场特性的数值研究

本文采用分裂算子的随机选取法,对激波在波前有非均匀定常流动的一维变截面管道中的传播进行了数值模拟,得到了激波强度和波后流动的变化规律,并对结果作了初步分析。     

冲击波技术在医学领域的应用

冲击波研究长期以来用于解决超音速飞行、宇宙飞船重返大气层等相关的高速气体动力学问题.近30年来,冲击波技术成功地应用于医学领域.本文从阐述体外冲击波碎石机的工作原理开始,对体外冲击波碎除肾结石和尿道结石的作用机制(如应力作用、空化效应)进行评述;在此基础上,重点介绍了冲击波治疗骨不连、假关节、肩周炎、网球肘及其他骨科疾病的临床疗效.通过认识气泡崩裂产生的微型水喷射的特点,综述了水中微爆炸、激光聚焦产生的微型水喷射和微型冲击波进行血运重建的理论和方法;通过认识基于冲击波的DNA/药物的定向转运技术,综述了液态DNA转运、粉末状药物转运、分子转移入胞的实验装置和实验结果.此外,还介绍了冲击波在兽医学中用于治疗马、犬等动物的跟腱、韧带和骨的损伤的疗效.最后,展望了今后值得研究的几个领域:冲击波的新波源、冲击波治疗的新设备、冲击波技术在脑血栓血运重建和癌症治疗中的应用.      

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.