实验流体力学

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研究进展

强湍流下点火及火焰传播机理研究进展

李明磊, 吴宁, 侯凌云, 任祝寅

2015, (4): 1-11. doi: 10.11729/syltlx20150060

摘要(152) PDF(10)

摘要:
可燃预混气点火过程研究是发动机燃烧领域最重要的课题之一。当前电火花强制点火广泛应用于各类发动机燃烧室中,其点火过程具有很强的瞬变性,从电火花产生到火焰完全形成的整个过程中,多种复杂因素联合影响点火火核的产生和发展。目前发动机高压、强湍流工况下的点火和火焰传播机理认识还不完善,亟需研究的科学问题是湍流和化学反应相互作用对点火和火焰传播的影响机制及其建模,包括湍流对点火的促进/抑制机制,湍流对火焰传播和火焰整体发展的影响规律,燃烧释热和火焰面不稳定性对湍流脉动速度(即火焰产生的湍流)的影响机制和对火焰传播速度的增强机制及由此导致的层流燃烧自加速转捩为湍流燃烧的理论,燃烧过程对标量通量输运(即反向或压力驱动输运)的影响机制。本文对强湍流下点火及火焰传播理论、实验和数值模拟方面的研究进展进行综述。

连续旋转爆轰发动机的研究进展

王健平, 周蕊, 武丹

2015, (4): 12-25. doi: 10.11729/syltlx20150048

摘要(251) PDF(23)

摘要:
连续旋转爆轰发动机(CRDE)是一种基于爆轰燃烧方式的新概念发动机,具有一次起爆、燃烧速度快、热效率高、结构紧凑等优点,有望带来航空航天推进技术的跨越式发展,近年来受到世界各主要国家的高度关注。本文从基本概念、应用前景、实验研究和数值模拟等角度,对连续旋转爆轰发动机的研究进展进行了全面综述。通过总结有代表性的研究成果,给出尚待解决的问题,为其进一步工程化应用研究提供参考。

基础研究及应用

曲面乘波进气道非设计状态性能研究

吴颖川, 姚磊, 杨大伟, 王铁军, 贺元元

2015, (4): 26-31. doi: 10.11729/syltlx20150072

摘要(186) PDF(5)

摘要:
高超声速进气道在宽马赫数工作范围内保持高性能一直是个技术难点。设计了一种曲面乘波压缩进气道,并通过改变封口激波马赫数以满足宽马赫数范围内(Ma4.5~Ma6)高性能的要求。数值及实验研究结果表明:适当降低进气道的封口马赫数(从 Ma6降至 Ma5.5)可以有效提高非设计点低马赫数时进气道的流量系数,从而提高超燃冲压发动机的非设计状态低马赫数推进性能;选择适当进气道侧板豁口后掠角度,又能保证低马赫数时进气道能够自起动,同时高马赫数时的发动机性能也能够基本保持,适当减小封口马赫数的进气道能够满足宽马赫数范围工作要求。

某高层建筑实测风场和风压的相关性研究

李正农, 李红益, 罗叠峰, 潘月月

2015, (4): 32-40. doi: 10.11729/syltlx20140125

摘要(125) PDF(4)

摘要:
通过对台风“天兔”登陆时厦门沿海某高层建筑的风场及建筑物迎风墙面风压的现场实测数据进行分析,研究了高层建筑风场和其迎风墙面风压的状况及它们的相关性。对台风登陆前后的风场和风压数据进行的分析表明:城市上空强风“天兔”的湍流度不是很大,且随着风速的增加变化比较平稳;迎风墙面各测点的风压系数呈现出中间大、两头小的特征,但差别不是很大。在不同平均风时距和不同来流风向角条件下,对迎风墙面风场和风压的相关性进行了分析。结果表明:当基本时距取为3s 时风场同风压的相关性较高,当来流风向垂直于结构迎风墙面时,风场同风压场的相关性比较大。

基于电流监测法的粗糙表面微通道电渗流实验研究

徐涛, 杨大勇

2015, (4): 41-46. doi: 10.11729/syltlx20140112

摘要(176) PDF(2)

摘要:
制作2种 PMMA 微流控芯片,对其微通道内表面参数进行测试。基于电流监测法,设计微流控芯片电渗流检测系统。首先测量光滑微通道电渗流速度,验证了实验的可行性,并可以预测微通道的表面电势;然后对粗糙微通道电渗流进行测量;最后对比分析电场强度、溶液浓度等对光滑和粗糙微通道电渗流的影响。结果表明:(1)不规则粗糙表面微通道电渗流速度随电场强度、溶液浓度的变化规律和光滑表面微通道一致;(2)相对于光滑表面微通道,粗糙表面微通道电渗流速度明显降低;当相对微通道深度为5%时,降低幅度约为23%。(3)随着电场强度或者溶液浓度的增大,粗糙和光滑微通道电渗流速度的差距增大。所用实验方法具有直观、方便和成本低的优点。

空间非均匀加热 Rayleigh-Bénard湍流热对流的传热实验研究

詹靖华, 周全

2015, (4): 47-51,57. doi: 10.11729/syltlx20140141

摘要(128) PDF(4)

摘要:
研究了空间非均匀加热对 Rayleigh-Bénard 湍流热对流系统传热效率的影响。实验采用长方体对流槽,以水为流体介质。调节加热片的输入功率,改变系统注入能量的空间分布,对比非均匀加热与均匀加热下的湍流传热 Nu-Ra 关系。从实验结果来看,非均匀加热条件下 Nu 数的提升十分显著,湍流传热效率明显提高。

板-桁组合式钢桁梁悬索桥颤振稳定性选型研究

徐爱军, 王凯, 李明水, 廖海黎

2015, (4): 52-57. doi: 10.11729/syltlx20150051

摘要(157) PDF(4)

摘要:
板-桁组合式钢桁梁与传统的板-桁分离式钢桁梁的气动性能存在较大差异。以某大跨度板-桁组合式钢桁梁悬索桥为工程背景,通过节段模型风洞试验,详细研究了该桥的气动性能。针对关乎结构抗风安全的颤振问题,比较了下中央稳定板、上中央稳定板和水平稳定板对主梁颤振性能的影响。在综合考虑结构安全、经济和美观等因素的基础上,提出了最优的主梁气动方案。研究成果可为类似大跨度钢桁梁桥的抗风设计提供借鉴和参考。

声学风洞流场低湍流度及频谱测量研究

朱博, 汤更生

2015, (4): 58-64. doi: 10.11729/syltlx20140118

摘要(140) PDF(10)

摘要:
采用热线风速仪对5.5m×4m 低湍流航空声学风洞闭口试验段低湍流度流场进行测量,根据对干扰信号的分析,提出了高通惯性衰减滤波方法,并与一般数据处理方法进行了比较,给出了流场测量方案、方法和结果。采用功率谱方法和斯特罗哈数方法分析脉动速度信号中的干扰噪声,发现40Hz~10kHz 频谱范围内同时存在电磁干扰噪声和支架干扰噪声。比较分析了0.5Hz~5kHz 带通滤波方法、电磁噪声解耦方法和0.5Hz 高通惯性衰减滤波方法对干扰信号的滤除效果,采用0.5Hz 高通惯性衰减滤波方法获得了流场低湍流度数据,流场速度30~100m/s 的湍流度平均值小于0.05%。实验结果表明,高通惯性衰减滤波方法可以有效控制干扰信号对测量结果的影响程度,为低湍流度流场信号处理提供了一种方法。

测量技术

纹影定量化在火焰温度测量中的应用

孟晟, 杨臧健, 王明晓, 沈忠良, 邓凯, 钟英杰

2015, (4): 65-69. doi: 10.11729/syltlx20140117

摘要(249) PDF(29)

摘要:
基于传统“Z”字形纹影系统,采用标准光度法对火焰温度进行了定量化。标准光度法通过一个标定镜片来建立火焰纹影图像的灰度值和光线偏转角之间的定量关系,并利用轴对称假设建立光线偏转角和折射率之间的关系。最后通过盖斯定律和理想气体方程得到火焰温度。对其中涉及到的反演算法进行了比较,结果显示直接积分法和 Abel 逆变换法误差最小,Radon 逆变换受滤波函数影响较大,而迭代重建法在离散点数量较少的情况下误差最大。将纹影定量化所得到的温度曲线和热电偶所测结果值比较,证明了标准光度法对纹影火焰定量化的有效性。

基于复合热膜技术的低风速及湍流测量

宋巍巍, 韩杰, 陈天毅, 周平

2015, (4): 70-74. doi: 10.11729/syltlx20140134

摘要(97) PDF(7)

摘要:
针对复合热膜应用于低风速和湍流强度测量方法进行了研究。风洞在进行低风速测量时普遍存在输出灵敏度不高的问题,采用增加热膜与环境温度差的方法,提高了热膜敏感探头在低速范围的输出灵敏度,实现了2m/s 内的风速和湍流准确测量。考虑到气体温度对热膜探头输出信号的影响,对温度补偿方法和补偿电路进行了研究,通过对电路的合理设计,实现了温差的精确控制。对热膜结构、尺寸和器件进行合理匹配,实现了复合热膜敏感探头的微型化设计。采用 MEMS 技术,通过最大限度减小加热电阻和测量电阻的尺寸,达到了较好的响应频率。测试结果表明,该复合热膜敏感探头可以满足低风速和湍流度的测试需求。

实验设备及方法

高超声速风洞颤振试验技术研究

季辰, 李锋, 刘子强

2015, (4): 75-80. doi: 10.11729/syltlx20150005

摘要(187) PDF(8)

摘要:
为实现在高超声速风洞中开展颤振试验研究,设计了高超声速风洞颤振试验装置和模型保护机构。风洞试验表明该试验装置可用于开展高超声速风洞颤振试验研究,支撑方式可避免风洞及其他机构对模型的频率干扰;保护机构在高动压情况下可正常工作,达到模型保护效果。试验验证了高超声速风洞固定马赫数阶梯变动压和连续变动压两种风洞开车方式。为验证高超声速风洞颤振试验技术,对平板翼进行了高超风洞颤振试验,试验马赫数为5.0和6.0。试验采用随机子空间法(SSI)辨识结构模态参数,采用 Zimmerman-Weissenburger 方法预测颤振临界动压,其颤振预测动压比采用活塞理论计算值高12.7%。试验表明目前采用的高超声速风洞颤振试验技术可用于开展高超声速风洞颤振试验研究。

高温含水气流条件下燃烧室材料考核的电弧加热试验模拟方法

涂建强, 陈连忠, 许考

2015, (4): 81-87. doi: 10.11729/syltlx20140121

摘要(140) PDF(2)

摘要:
在燃烧室的内流热环境下,燃烧室壁面的部分防热材料(如 C/SiC 或超高温陶瓷)与碳氢燃料燃烧产物水蒸气发生的氧化反应速率比与空气中的氧气还要快。水蒸气的存在加剧了防热材料的氧化。另外,水蒸气还能与材料表面玻璃状的 SiO2保护层发生挥发性的化学反应,破坏了 SiO2保护层。这些因素对燃烧室防热材料的防热效果有明显的影响。本文采用等离子电弧加热矩形湍流导管试验方法模拟超燃冲压发动机燃烧室的内流热环境,并在试验喷管前的混合稳压室内横向喷射4%~5%的常温水与高温气体混合,模拟燃烧室内水蒸气的组份、浓度和温度,采用数值计算的方法分析混合稳压室内水与高温气体的掺混程度,研究含水的高温气体的总温(总焓)计算方法。

内埋武器舱舱门开闭动态模拟试验技术研究

吴继飞, 徐来武, 郭洪涛, 唐淋伟, 高鹏

2015, (4): 88-94. doi: 10.11729/syltlx20140131

摘要(248) PDF(16)

摘要:
在高速风洞中对内埋武器舱舱门开闭动态模拟试验技术进行了研究,弹舱长深比(L/D )为6.5。分析了舱门开闭动态试验风洞模拟准则,研制了气缸驱动和电机驱动两种舱门开闭运动机构,发展了舱门开闭动态试验测试技术与数据处理方法,获得了舱门运动特性及武器舱系统动态载荷特性。本文给出了 Ma =0.6,Re =1.28×107/m 的试验结果。研究结果表明:运动机构设计合理,气缸驱动与电机驱动两种方式均可实现舱门的快速开闭运动,采用电机驱动时,舱门运动速度可在较宽范围内调节;测试系统可靠,可准确获得高速气流条件下舱门开闭过程中的动态载荷及舱门运动规律;数据处理方法可行,获得了测点的能量分布特性及频谱特性,并对弹舱流场及舱门动态载荷特性进行了研究。

2m×2m 超声速风洞 CTS 测控系统研制

李平, 黄叙辉, 周润, 张征宇, 高荣钊

2015, (4): 95-100. doi: 10.11729/syltlx20140082

摘要(123) PDF(10)

摘要:
为满足2m 量级超声速风洞外挂物捕获轨迹试验的需要,研制了2m×2m 超声速风洞 CTS 试验装置,开发了相应的信号测量与运动控制系统。为确保 CTS 速度闭环控制试验方式的实现,选择了具有集中控制的多层分布式结构,以满足该试验方式对测控系统的实时数据处理及信息交互能力的较高要求。系统由信号测量与轨迹运动方程求解子系统、六自由度装置运动控制子系统和安全监控子系统等构成。采用 NI 公司的图形化编程语言LabVIEW 开发了监控管理软件、数据采集和轨迹生成软件、安全监控软件。采用力士乐公司的 IndraWorks 完成了运动控制执行软件的开发。子系统间分别运用了 TCP/IP、PSP、Profibus DP 等通讯协议实现信息交互。解决了系统抗冲击及速度控制等关键技术难题。研制完成后采用 T3-40激光跟踪仪对六自由度装置的静态精度进行了测量,其中线位移 X 、Y 、Z 的定位精度达到0.021、0.046和0.094mm,角位移α、β、γ的定位精度达到0.05°、0.047°和0.022°,定位精度全部优于设计指标(±0.1mm、±0.1mm、±0.1mm、0.05°、0.05°和0.05°)。地面调试和风洞试验验证表明:CTS 测控系统运行稳定,操作方便,维护简便,试验结果合理、可靠。